深井复合顶板条件下预应力锚杆巷道支护技术应用

韩建盛,任红晓

(平煤股份平宝公司首山一矿,河南平顶山467011)

摘　要:平顶山天安煤业公司丁6-32060工作面顺槽为复合顶板,支护难度很大。原采用U 型钢或工字钢架棚支护,材料消耗量大,支护效果不好,尤其是在深井大地压条件下,巷道修复率极高。文章介绍了在深井条件下采用预应力锚杆支护的方案和参数,并对施工质量提出了技术保证措施,取得了良好的支护效果。关键词:深井;复合顶板;锚杆支护中图分类号:T D353　　　　文献标识码:A 　　　　文章编号:1008-8725(2009)11-0052-02

Application of Pre -stress Bolt Support T echnology in Complex R oof

R oadw ay in Deep Mine

HAN Jian -sheng ,REN H ong -xiao

(Shoushan N o.1C oal M ine ,Pingbao C om p.,Pingdingshan C oal Industry C o.,Ltd.,Pingdingshan 467011,China )

Abstract :The roadway roof of the furth 6-32060face is com plex ,it is difficult to support.Using U -shaped steel or I -beam support in the past ,the supporting result was s o bad and the material consum ption was large.Especially under the great underground pressure conditions of deep mine ,the roadway restoration rate was very big.The support plan and parameters of the pre -stress bolt are been introduced for deep well ,and the tech 2nical assurance measures of construction quality has been suggested.The g ood effect is obtained.K ey w ords :deep mine ;com plex roof ;bolt support

0　概述

平顶山天安煤业股份有限公司一矿丁5-6-32060工作面位于三水平丁二采区中部,采区上山西侧,四周均未开采,煤

层埋深800m 以上,地层产状为一向北倾斜的单斜构造,煤层倾角415～1013°。变形具有重要意义。415　无支护与原始支护情况模拟对比与分析

图6(a ),(b )分布表示了无支护及原始支护条件下巷道围岩位移情况。

图6　锚杆支护效果分析

　　由图6(a )可知,无支护条件下巷道顶板和两帮变形较大,其中顶板中间部分变形为320～400mm ,靠近两帮变形为240～320mm ;巷道高帮总体变形较大为320～400mm ,靠近底板处变形较小,为80～160mm ;巷道低帮靠近顶板处变形较大,为3200～400mm ,其余部分变形较小,为160～240

mm ;全断面最大位移449mm 。

通过图6(b )看出,巷道按照原设计进行支护后,巷道上、

下帮及顶底板的收敛变形明显减少。应用锚杆支护后顶板的

最大下沉控制在350mm 之内。高帮位移较无支护平均减少

70mm ,低帮最大水平位移减少60mm 。全断面最大位移仅368

mm 。这表明应用锚杆支护巷道变形可以得到较好控制。

5　锚杆支护参数及巷道施工效果确定沿空掘巷合理的煤柱宽度及断面大小后,经过数值

计算、工程类比法及现场监测法等方法确定谢桥矿厚煤层沿

空掘巷最终采用如下全长预应力锚固强力锚杆锚索组合支

护系统。巷道顶板采用5根I V 级左旋超高强预拉力锚杆,巷道高帮和低帮分别采用4及3根I V 级左旋超高强预拉力锚杆。锚杆直径22mm ,长度为2600m ,排距为900mm 。在顶板每

隔2排锚杆布置两套高预应力单体锚索,钢绞线规格<2118

mm ×8500mm 。根据掘巷之后的矿压监测结果来看,掘巷期间巷道顶底板移近量及两帮移近量分别平均在380mm ,760mm 左右。目前该工作面已经顺利开始回采。回采期间巷道断面面积

完全满足安全生产要求。根据掘巷及回采期间巷道围岩的变形情况来看,文中确定的锚杆支护参数合理。6　结束语根据3DEC 数值模拟方案的计算结果比较分析,得出了谢桥矿13槽厚煤层孤岛工作面沿空掘巷锚杆支护参数,并成功地应用于实践,取得了良好的效果。并且,通过文中的数值计算获得的13槽煤层沿空掘巷锚杆支护参数和围岩变

形量之间的关系,对该矿其它工作面沿空掘巷锚杆支护具有

很强的参考价值。参考文献:[1]　中国矿业大学,等.地应力为基础的煤巷锚杆支护设计方法研究[D].徐州:中国矿业大学,1997.

[2]　陆士良,汤雷,杨新安,等1锚杆锚固力与锚固技术[M].北京:

煤炭工业出版社,1998.

[3]　

谢文兵,陈晓祥,郑百生.采矿工程问题数值模拟研究与分析[M].徐州:中国矿业大学出版社,2005.(责任编辑　王凤英)

收稿日期:2009-05-28;修订日期:2009-07-18

作者简介:韩建盛(1963-),男,河南平顶山人,工程师,1988年毕业于原焦作矿业学院,现任平煤股份平宝公司首山一矿首席工程师。

第28卷第11期2009年11月　　　　　　　　　　　　　　　　煤　炭　技　术C oal T echnology

V ol 128,N o 111

N ov ,2009

长度250m。西部丁

5煤层变厚为115～211m,丁

6

煤层平均

厚211m,丁

5、丁

6

夹矸厚度不稳定;东部丁

5

煤层较薄,丁

6

煤层厚211m,丁5、丁6煤层夹矸厚2～014m。该工作面东部仅开采丁

6

煤层,工作面顺槽为矩形,宽412m,高度216m,沿

丁

6煤层顶板掘进。丁

6

煤层顶板依次为泥岩(116m)、丁

5

煤

层、泥岩(110m)和砂岩(2170m),为煤岩复合顶板,属Ⅴ类顶板,巷道支护难度较大。

1　锚杆支护方案及参数选择

以往在类似复合顶板巷道掘进时,由于顶板松软,易垮落,多采用U型钢或工字钢架棚支护。这种支护方式材料消耗量大,工人劳动强度高,支护效果不好,尤其是在深井大地压条件下,巷道修复率极高。

锚杆支护运用锚杆安装时所提供的初始安装应力及时地加固围岩形成加固圈,以充分发挥围岩的自承载能力。由于煤系地层是层状沉积岩层,所以组合梁是最适合的理论。为了使组合梁达到其最佳强度,必须设计合适的锚杆长度及锚杆系统的安装应力[1]。达到最佳组合梁的锚杆系统设计应满足下列条件:①通过调整安装应力,使锚杆支护系统能够控制锚固范围内的顶板(煤层)离层,这需要选择合理的锚杆类型和安装应力;②锚固系统应能够减少或消除顶板的拉应力区;③锚杆应能够稳定地锚固在煤(岩)层中;④锚固系统应有足够的能力来控制顶板,并且在整个需要支护期间内不失效。

根据锚杆支护机理,虽然丁

6

煤层顶板为复合顶板,锚杆锚固端处在软煤层(丁5煤层)或软岩(泥岩)中,但经分析,采用科学设计,完全可以采用锚杆支护系统稳定地控制顶板。

丁

5-6

-32060工作面埋深达到800m以上,锚杆长度、强度、间排距、安装应力等参数对支护效果起决定作用。根据加固原理及工程类比法,确定锚杆参数如下:

顶板采用锚网梁加锚索联合支护,锚杆选用<20mm×2 000mm左旋高强锚杆,采用K2335快速树脂1卷和Z2335中速树脂2卷端锚,锚杆间排距650mm×700mm,安装应力4t;顶网选用<4mm镀锌铁丝编织,网孔20mm×20mm,双层网护顶;顶锚梁选用<14mm×60mm×4200mm钢筋梁。两帮选用<18mm×2000mm钢筋树脂锚杆,采用Z2335中速树脂2卷端锚;帮网选用<4mm镀锌铁丝编织,网孔20mm×20 mm,双层网护帮。锚索选用<15124mm×6000mm钢绞线,采用6卷Z2335中速树脂端锚,安装应力8t以上,托盘选用16#槽钢300mm长外加锚杆托盘,每排布置3根,排距114 m。锚杆支护系统如图1。

2　施工质量技术保障措施

(1)严格锚杆、锚索施工质量。锚杆、锚索孔的深度、角度应符合设计要求,按作业规程施工,保证孔径、药卷、锚杆三径匹配,并保证锚杆、锚索及构件、材质和树脂锚固剂质量满足要求

。

图1　巷道锚杆支护断面图

(2)锚杆、锚索支护的成败关键看是否达到了“及时、主动”这一核心技术要求,因此锚杆、锚索的预紧力必须达到设计要求,预紧力越大,其支护效果越好。

(3)复合顶板巷道掘进采用小循环施工,最大控顶距018 m,采用DW-30型玻璃钢单体柱2根作为临时支护。为减少顶板暴露时间,充分发挥围岩的自承载能力,应快速安装顶板锚杆,保证浅部围岩稳定。

(4)复合顶板条件下应及时加强深部围岩控制,因此锚索支护施工必须随锚杆支护一起当班施工并涨紧,确保控制深部围岩稳定,整体提高围岩的支撑能力。

(5)加强巷道监测。定期做锚杆、锚索安装应力监测,保证锚杆、锚索的安装应力;采用双十字布点法进行巷道位移观测,采用LBY-3型离层仪进行巷道顶板离层监测。

3　现场监测及支护效果

对于丁

6

-32060运输顺槽、回风顺槽,在巷道施工30d 内,平均顶板下沉小于5mmΠd,施工50d内平均应小于3 mmΠd,并趋于稳定。施工最初2M顶板位移累计最大98 mm,2M后基本稳定,未出现明显的离层现象,取得了很好的支护效果。

4　结论

(1)复合顶板采用预应力锚杆支护并辅助技术保障等手段,虽然锚固端处在软煤层和软岩中,但仍能有效地控制浅部和深部顶板稳定,很好地维护了巷道稳定。

(2)复合顶板施工时,为防止冒顶,应采用小循环、锚杆锚索同步施工的方法。

(3)在复合顶板条件下采用锚杆(锚索)支护方案,可减轻工人的劳动强度,降低工字钢或U型钢等材料消耗,成本

低,速度快。在试验期间,丁

6

-32060运输顺槽、回风顺槽掘均月进尺达到300m以上。

参考文献:

[1]　王亚杰.深井高地压、大变形巷道支护技术及锚杆设计[J].煤

矿支护,2008,(1):8-18.

(责任编辑　王凤英)

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