煤巷錨桿支護技術(shù)應用研究

   1 巷道基本地質(zhì)概況
　　
　　23234工作面對應地面標高+20m,順槽標高-612m,對應地面位置為河床、河漫灘、堤壩。23234工作面對應的上覆B10煤已回采。工作面走向長550m。B8煤為結(jié)構(gòu)簡單的中厚煤層,平均煤厚2.0m,局部有夾矸插入體及底鼓變薄帶,煤層靠中下部含一層0.4m厚的軟分層。施工段煤巖層產(chǎn)狀變化較大,煤層傾角15～25°,平均20°。煤層綜合柱狀圖見圖1所示:
　　
　　
　　2 巷道維護特點
　　
　　2.1 巷道位于10槽保護層開采采空區(qū)下方,由于煤層回采對底板的破壞,8槽煤層頂板將比較破碎,穩(wěn)定性差。受上覆煤層采動影響,圍巖應力重新分布,巷道圍巖變形會持續(xù)變化和增加,對支護的長期穩(wěn)定性影響很大。
　　2.2 巷道埋深達到了600m,地壓較大,底鼓和兩幫變形都很強烈。底板在近乎無約束狀態(tài)將發(fā)生強烈破壞,只能通過加強兩幫及底角來減緩底鼓,難以從根本上控制底板變形,因此控制底板巖層離層鼓起失穩(wěn)的難度非常大。
　　2.3 煤層傾角大,最大傾角達到了25°,高幫高度最大為3.8 m,剪應力效應明顯,高幫煤體易滑落失穩(wěn),給支護帶來了一定的難度。
　　
　　2.4 巷道直接頂為3~4m的砂質(zhì)泥巖,頂板較完整,但小構(gòu)造發(fā)育,地應力相對集中,對正常掘進影響很大,頂板管理相對困難。煤層硬度中等偏軟,幫部成型自穩(wěn)能力差,后期受采動影響破壞變形失穩(wěn)速度快,承載能力低,因此幫部圍巖控制要求高。
　　2.5 綜掘機掘進,對頂?shù)装鍘r層破壞擾動較小,有利于保持圍巖的完整性。
　　綜上所述,該巷道屬于采空區(qū)下大跨度松軟煤層巷道圍巖穩(wěn)定性控制問題,兩幫及底板的控制難度都很大,頂板的安全狀況差,是煤巷錨桿支護所面臨的突出難解決的課題之一,必須引起高度重視,該類巷道圍巖穩(wěn)定性控制技術(shù)研究具有一定的挑戰(zhàn)性。
　　
　　3 錨桿支護關(guān)鍵技術(shù)手段
　　
　　3.1 高性能超高強錨桿:采用IV級錨桿專用螺紋鋼加工而成的高性能錨桿,抗破斷強度更高,支護剛度更大,限制變形更加有力,針對巷道急劇膨脹擴容產(chǎn)生的高應力控制效果會更有效。
　　3.2 大托盤:錨桿采用新型大托盤(尺寸為200×200mm)、錨索采用400×400mm的大托盤,增大護表面積,減輕目前所用的普通小托盤與圍巖局部小面積接觸而產(chǎn)生的點載荷作用,防止圍巖擠壓破損,將對松散層裂破碎巖體起到較好的維護效果。
　　3.3 新型阻尼螺母:能提供較大扭矩,與高性能預拉力錨桿配套,提高錨桿安裝過程的可靠性,保證支護系統(tǒng)整體安全可靠。
　　3.4 高預緊力:采用MOS-90J2型氣扳機可以實現(xiàn)錨桿8~10 t的高預緊力,有效增加錨桿對巷道圍巖支護初期的控制作用,提升錨桿支護的作用級別。
　　
　　4 整體方案設(shè)計
　　
　　為保證巷道在最終變形后能滿足通風、行人等安全生產(chǎn)需要,預留巷道斷面以滿足變形的要求,順槽斷面確定為矩形:凈寬×下幫高=4.8m×1.6m。
　　4.1 巷道頂板采用6根IV級左旋錨桿專用螺紋鋼超高強預拉力錨桿加4.8m長M4型鋼帶、Ф6mm鋼筋網(wǎng)聯(lián)合支護。錨桿間距900mm,排距900mm。錨桿預緊力不低于50kN,錨固力不低于120 kN。錨桿采用200×200mm的新型大托盤。
　　4.2 巷道低幫采用3根左旋錨桿專用螺紋鋼超高強預拉力錨桿加1.6m長M4型鋼帶、菱形金屬網(wǎng)聯(lián)合支護。錨桿間距為700mm,排距為900mm。錨桿預緊力不低于50kN,錨固力不低于80kN。錨桿托盤采用130×150mm的新型托盤。
　　4.3 巷道高幫采用5根左旋錨桿專用螺紋鋼超高強預拉力錨桿加1.6m長M4型鋼帶、菱形金屬網(wǎng)聯(lián)合支護,錨桿間距為700mm。錨桿預緊力不低于50kN,錨固力不低于80kN。高幫下部兩根錨桿滯后迎頭不得超過10m。
　　4.4 每隔兩排錨桿在頂板中間位置布置一套單體錨索,鋼絞線規(guī)格為Φ17.8×6.3m。錨索排距1.8m,預緊力60~70kN,錨固力不低于200kN,托盤采用400mm×400mm的大托盤,單體錨索緊跟迎頭施工安裝。每隔2排錨桿布置一套錨索梁,沿頂板中線兩側(cè)各0.9m布置錨索鉆孔,鋼絞線規(guī)格為Φ17.8×6.3m,2.2m輕型槽鋼上兩眼間距1.8m。預緊力80~100kN,錨固力不低于200kN。錨索梁排距為1.8m,錨索梁滯后迎頭3～5m進行施工安裝。
　　
　　5 經(jīng)濟效益分析
　　
　　23234順槽采用高性能超高強錨桿支護,它與新莊孜礦在采空區(qū)下破碎不穩(wěn)定頂板巷道一直采用的U型棚支護直接成本相比較:節(jié)約支護材料費用為173.7萬元,節(jié)省巷道維修費47.2萬元。預計23234順槽采用高強錨桿支護所創(chuàng)直接經(jīng)濟效益為220.9萬元。
　　
　　結(jié)語
　　采用高性能超高強錨桿支護,成功地解決了采空區(qū)下巷道礦壓大,變形嚴重和巷道維修工程量大的問題,同時減輕了工人的勞動強度,提高了工作效率,為巷道快速掘進和快速回采提供了更好的條件。