高強預應力強化支護技術在厚層復合頂板回采巷道中的應用

1、<p>　　高強預應力強化支護技術在厚層復合頂板回采巷道中的應用</p><p>　　摘要：隨著高產高效工作面的應用和開采深度的加大，必然使井下巷道出現高地應力、軟弱破碎圍巖、大斷面及賦存不穩(wěn)定等一系列不利于巷道圍巖控制的特征?；茨系V區(qū)的8槽、11槽、13槽煤層由于圍巖結構復雜、巖性差、采深大、區(qū)域構造應力強烈，復合頂板常常具有本質的離層變形傾向，特別是13槽煤層復合頂板厚、巷道通風斷面大、跨度大、且安

2、全可靠性問題較其他礦區(qū)更加突出。傳統的U型鋼支護屬于被動支護，早期不能承載，造成巷道變形嚴重，影響煤礦的正常生產，針對淮南礦區(qū)煤巷支護，我們提出了以錨桿錨索為主，結合滯后噴注漿的耦合支護方案。本設計針對淮南礦區(qū)某礦的13槽煤層進行工程實踐。 </p><p>　　關鍵字：復合頂板 預應力 聯合支護 大斷面巷道 </p><p>　　中圖分類號：TU74 文獻標識碼：A </p>

3、<p><b>　　1 工程概況 </b></p><p>　　1112(3)工作面周圍及上下煤層均未開采。工作面煤層賦存穩(wěn)定，工作面鉆孔揭露13-1煤層厚度3.61 m～5.07 m，平均厚度4.16 m，煤層結構復雜，煤層傾角為3°～10°，平均5°。根據北一13-1采區(qū)煤層回風上山揭露煤層情況，在煤層頂板含兩層夾矸，平均厚度0.2～0.4 m

4、；煤層中含有軟分層，呈土狀，手可以捻碎。煤巖層綜合柱狀圖見圖1所示。 </p><p>　　圖1煤巖層綜合柱狀圖 </p><p>　　2 預應力控制技術原理 </p><p>　　由于地質歷史作用，圍巖的構成特點具有非均勻性和非連續(xù)性，巖體內部存在著不規(guī)則、無規(guī)律分布的節(jié)理裂隙(原生節(jié)理裂隙可視為有一定的規(guī)則性，受采動影響后的次生裂隙則不具有這種特性)，使圍巖的裂

5、斷和由此引起的變形、位移直至垮落成為一個隨機過程。因此巷道圍巖支護的目的是在這個過程中對一些特定狀態(tài)(危險狀態(tài))進行有效的控制，使之引起的后果不至于妨礙正常的作業(yè)和危及人的生命安全。 </p><p>　　為了保證煤礦安全生產，通過大量的現場實測與理論分析，對在水平地應力作用下預拉力錨桿的作用機理進行深入的研究，建立基于水平地應力的預拉力錨桿支護理論。 </p><p>　　圖2圍巖的松散

6、擴容變形與初始支護強度之間的關系 </p><p>　　3 高強預應力強化支護技術體系 </p><p>　　1) 錨桿承載性能的強化：包括技術手段的升級和創(chuàng)新：高性能預拉力錨桿向超強錨桿方向發(fā)展，以實現高強度、高剛度、高預緊力和高可靠性。U型鋼支架向型鋼熱處理、卡纜更新、安裝扭矩加大及壁后充填方向發(fā)展，以實現大承載、高阻縮動、恒阻滑動的工作狀態(tài)。 </p><p>

7、;　　2) 淺部圍巖承載強度的強化：錨桿支護可以提高錨固體破壞前和破壞后的力學參數，改善被錨固體的力學性能，實現對不同形態(tài)及破裂程度的巖體強度的直接提高；通過提高徑向應力及應力在徑向的增加速度，促使圍巖由二向應力狀態(tài)向三向應力狀態(tài)轉化，從而達到提高圍巖強度的目的。 </p><p>　　3) 圍巖承載結構的強化：針對層狀賦存特點、巖體不均衡性產生的弱化區(qū)補強，促成圍巖承載結構的形成或強化，包括含弱面或軟弱夾層的頂

8、板離層控制，以及對幫角巖體破壞區(qū)、軟弱煤體、開放的底板等采取加固措施。 </p><p>　　4 支護參數的確定 </p><p>　　根據復合頂板的厚度，將頂板條件分為厚層復合頂板和薄層復合頂板，根據工程類比結合數值模擬對不同厚度的復合頂板采用不同的支護參數。 </p><p>　　1) 巷道頂板采用7根IV級左旋螺紋鋼超高強預拉力錨桿加4.8 m長M5型鋼帶、8

9、#菱形網聯合支護，錨桿規(guī)格為Ф22-M24-2800 mm，每根錨桿用Ф32鉆頭打眼、兩節(jié)Z2380型樹脂藥卷加長錨固；錨桿間距750 mm，排距800 mm。 </p><p>　　2) 巷道兩幫采用5根IV級左旋螺紋鋼等強預拉力錨桿加3.2 m長M5型鋼帶、8#菱形網聯合支護，錨桿規(guī)格為Ф22-M24-2800 mm。每根錨桿采用一節(jié)Z2380型樹脂藥卷加長錨固；錨桿間距為750 mm，排距為800 mm。

10、</p><p>　　3) 在頂板每排錨桿中間位置布置一套高預應力錨索梁，鋼絞線規(guī)格為Φ21.8×7.7m，鋼絞線下鋪設2.6m的T2型鋼帶，鋼帶上三眼孔，間距1.1m，排距為800mm。錨索和鋼帶間配200×100×16mm托盤。錨索眼孔深度為7.5m，每孔采用三節(jié)Z2380樹脂藥卷加長錨固，以保證錨固效果；預緊力不得小于120kN，錨固力不低于200 kN。錨索梁緊跟迎頭施工。

11、</p><p>　　4）在頂板沿巷道走向布置兩套高預應力錨索梁，鋼絞線規(guī)格為Φ21.8×7.7 m，鋼絞線下鋪設2.2m的T2型鋼帶，鋼帶上兩眼孔，間距1.6m，錨索和鋼帶間配200×100×18mm托盤。錨索眼孔深度為7.5m，每孔采用三節(jié)Z2380中速樹脂藥卷加長錨固，以保證錨固效果；預緊力不得小于120kN，錨固力不低于200kN。 </p><p>

12、　　5) 頂/幫破碎處，施工單體錨桿配大托盤加強支護，采用加長錨固方式，每根錨桿采用兩節(jié)/一節(jié)Z2380型樹脂藥卷錨固。巷道超高導致幫部鋼帶離底板超過300 mm時，要求在巷道下方沿走向鋪鋼帶打錨桿，錨固要求不變。具體支護方式如圖3所示。 </p><p>　　圖3 錨帶網索支護參數圖 </p><p>　　5 礦壓觀測及效果分支護析 </p><p>　　為了測試

13、預應力支護系統條件下巷道圍巖活動規(guī)律及支護效果，為今后進一步改進和優(yōu)化錨桿支護參數提供資料, 在巷道掘進過程中對圍巖表面位移進行觀測。觀測內容主要包括巷道表面位移、頂板離層及錨桿錨索的受力情況。 </p><p>　　5.1 巷道表面位移的觀測 </p><p>　　圖4 1112（3）運輸順槽掘進期間圍巖變形量規(guī)律 </p><p>　　圖51112（3）運輸順槽

14、掘進期間圍巖變形速度規(guī)律 </p><p>　?、賰蓭徒俣仍谙锏篱_挖第7 d時達到最大，其速度為55 mm/d，隨后移近速度迅速減少，至12 d時基本達到穩(wěn)定，此時距掘進工作面度150 m；②頂板的下沉速度在成巷第3 d即達到最大，速度值為34.5 mm/d，此后速度值迅速減少，至第6 d基本達到穩(wěn)定狀態(tài)，此時距掘進工作面約70 m；③從整體上看，兩幫的移近速度大于頂板的下沉速度，且兩幫移近速度持續(xù)時間大于頂板

15、下沉變化顯著時間。 </p><p>　　5.2 支護效果分析 </p><p>　　根據礦壓觀測結果分析認為：本設計中的參數合理，在深井大斷面厚層復合頂板的條件下，頂幫采用2.8 m長錨桿，頂部采用7.7 m錨索配合槽鋼組成錨索梁加強支護，通過高預緊力充分調動圍巖的自穩(wěn)能力，在頂板形成了穩(wěn)定的承載梁結構，有效抑制了頂板離層，對巷道開挖后的圍巖變形起到了很好的控制作用，在掘進期間把巷道的圍

16、巖變形、頂板離層均控制在合理的范圍之內；錨桿錨索受力狀況良好，載荷增長迅速、及時承載。支護方案控制變形效果較好，巷道經受了煤巖蠕變、煤體風化影響的考驗，試驗取得了成功，達到了預期的支護效果，為下一步1112(3)工作面回采打下了良好的基礎。 </p><p><b>　　結語 </b></p><p>　　我礦13槽煤層布置的單個工作面年產量在300萬噸以上，這就要求

17、高產高效綜采設備結合大斷面煤層巷道。巷道斷面的不斷增大對巷道支護提出了更大的挑戰(zhàn)。 </p><p>　　1）在預應力支護系統中，要及時的施加預應力，對錨桿錨索預緊力和扭矩力提出更高的要求，只有這樣才能有效的控制巷道的圍巖變形。 </p><p>　　2）要盡可能的將錨桿錨索的性能同巷道圍巖自身的性能協調起來，充分調動巷道圍巖的承載能力。 </p><p><

18、b>　　作者簡介 </b></p><p>　　白運強，男，1984年10月，學歷:安徽理工大學建筑與土木工程學院在讀研究生。現工作于淮南礦業(yè)集團顧橋礦，通信地址：淮南礦業(yè)集團顧橋礦開拓一區(qū)，郵編232091。 </p><p><b>　　參考文獻 </b></p><p>　　[1] 錢鳴高，劉昕成. 礦山壓力及其控制.