破碎圍巖超大斷面切眼支護(hù)

李飛　彭建川

摘 要：為了解決趙固二礦破碎圍巖超大斷面切眼支護(hù)的難題，進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研，結(jié)果表明，1105工作面切眼圍巖破碎，切眼正常段寬度達(dá)到了9.2m。為了克服普通錨桿錨索在支護(hù)切眼過(guò)程中的不足，文章提出了長(zhǎng)錨桿錨索聯(lián)合支護(hù)技術(shù)，并在趙固二礦1105工作面切眼現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用。應(yīng)用結(jié)果表明，使用長(zhǎng)錨桿錨索聯(lián)合支護(hù)技術(shù)后，淺部長(zhǎng)錨桿錨固區(qū)巖層穩(wěn)定，長(zhǎng)錨桿很好地發(fā)揮了支護(hù)作用，破碎圍巖控制效果良好。

關(guān)鍵詞：破碎圍巖；超大斷面切眼；長(zhǎng)錨桿

我國(guó)煤礦開(kāi)采逐漸進(jìn)入深部開(kāi)采階段，深部軟巖巷道或者硐室不斷涌現(xiàn)。這類(lèi)圍巖性質(zhì)軟弱、地應(yīng)力大、圍巖變形嚴(yán)重[1-3]?，F(xiàn)在支護(hù)此類(lèi)巷道或者硐室主要采用錨桿和錨索聯(lián)合支護(hù)或者二次支護(hù)技術(shù)。但現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐表明，錨索支護(hù)仍存在如下一些問(wèn)題：（1）由于外端頭受力不良及與圍巖點(diǎn)接觸，軟弱巖體受點(diǎn)載荷，頂板強(qiáng)化效果不明顯；（2）抗變形性能差，錨索與錨桿承載不同步，易超前錨桿集中受力；（3）實(shí)測(cè)鋼絞線破斷力一般在180～250kN左右，而目前使用的等強(qiáng)型螺紋鋼錨桿破斷力在170～195kN相近，強(qiáng)度區(qū)別不明顯；（4）內(nèi)錨固端的三徑匹配不合理，錨固點(diǎn)位置常常內(nèi)移，錨固性能不可靠；（5）由于槽鋼托梁抗側(cè)壓能力極低，槽鋼很快形成倒扎角，不易形成有效支護(hù)。一旦發(fā)生變形，回收后難以再利用，這一特性決定了槽鋼二次支護(hù)利用率低的事實(shí)，因此增大了巷道的支護(hù)費(fèi)用。

為了解決破碎圍巖大斷面切眼支護(hù)問(wèn)題，文章提出了長(zhǎng)錨桿錨索聯(lián)合支護(hù)技術(shù)。

1 工程概況

趙固二礦主采煤層為二-1煤層，厚度為6.0m～6.59m，平均6.32m，1105工作面長(zhǎng)度為180m，采用一次采全高采煤法。1105工作面切眼圍巖破碎，切眼正常段寬度達(dá)到了9.2m，機(jī)頭機(jī)尾段長(zhǎng)度共計(jì)31m，寬度達(dá)到了10.2m，高應(yīng)力破碎圍巖條件下的大采高超大斷面切眼的支護(hù)問(wèn)題在國(guó)內(nèi)尚無(wú)先例，因此對(duì)1105工作面高應(yīng)力破碎圍巖超大斷面切眼支護(hù)技術(shù)進(jìn)行系統(tǒng)研究具有重要意義。

2 長(zhǎng)錨桿介紹

無(wú)縱肋螺紋鋼式樹(shù)脂錨桿金屬桿體，選用屈服強(qiáng)度大于335MPa，抗拉強(qiáng)度不小于490MPa的無(wú)縱肋左旋螺紋鋼，其外形尺寸符合錨桿專(zhuān)用螺紋鋼的要求。桿體的延伸率大于15%，桿體直線度≤2mm/m。

桿體直徑20mm，錨固力>105kN；尾部螺紋直徑M22mm，尾部螺紋承載力≥105kN；連接頭尺寸直徑26.5±5mm，連接頭長(zhǎng)度50mm，連接螺栓規(guī)格M18×2，連接螺栓長(zhǎng)度60±5，連接頭的承載力≥139kN；托盤(pán)的承載力≥105kN，尾部螺紋的承載力≥105kN。

長(zhǎng)錨桿桿體長(zhǎng)度可以根據(jù)巷道的高度和錨桿設(shè)計(jì)長(zhǎng)度加工分成兩段或更多段用螺栓進(jìn)行連接，利用錨桿鉆機(jī)的扭力自然的把兩段連接在一起，錨桿連接頭的承載力不小于桿體極限抗拉力的90%，遠(yuǎn)大于錨固力值，桿體加長(zhǎng)后可以保證其錨固力值不降低。具有以下優(yōu)點(diǎn)：錨桿延伸率與錨桿相同，是錨索的五倍；整體破斷力大于十八噸，相當(dāng)于錨索破斷力；錨固力可靠，高于錨索錨固力；比錨索施工方便，成本更低，安全性更好等。

3 支護(hù)方案

根據(jù)切眼圍巖條件，提出破碎圍巖超大斷面切眼長(zhǎng)錨桿錨索協(xié)調(diào)支護(hù)技術(shù)[4-5]，支護(hù)參數(shù)為：

（1）開(kāi)切眼分兩次掘進(jìn)，第一次掘進(jìn)4800mm，然后擴(kuò)刷至9200mm，第一次掘進(jìn)支護(hù)形式：錨網(wǎng)（索）+槽鋼梁+W型鋼帶+鋼筋梯聯(lián)合支護(hù)。刷幫后支護(hù)形式：超長(zhǎng)錨桿+錨索+金屬網(wǎng)+槽鋼梁+W型鋼帶+鋼筋梯聯(lián)合支護(hù)。

（2）錨桿規(guī)格：φ20×2400mm螺紋鋼錨桿；間排距：800×800mm，頂部、幫部錨桿錨固長(zhǎng)度分別為1200mm、900mm（一卷快速錨固劑、一卷中速錨固劑），幫部錨桿托盤(pán)為W型鋼帶、δ10×150×150mm。超長(zhǎng)錨桿規(guī)格：φ20×4000mm。

（3）托盤(pán)配合使用，頂部錨桿托盤(pán)為δ10×150×150mm托盤(pán)、鋼筋梯配合使用，鋼筋梯長(zhǎng)度為4160mm。

（4）槽鋼梁錨索規(guī)格：Φ21.6×8250mm和Φ21.6×12000mm，間排距分別為：1400mm×1600mm和1600mm×1600mm，錨固長(zhǎng)度均為2400mm（兩卷快速錨固劑、兩卷中速錨固劑），托盤(pán)規(guī)格：16#槽鋼梁與δ12×120×120mm、δ12×80×80mm鋼板和δ50×120×120mm木墊板配合使用；掘進(jìn)斷面、擴(kuò)刷斷面槽鋼梁長(zhǎng)度分別為4500mm和5100mm，槽鋼梁不準(zhǔn)截割，錨索預(yù)應(yīng)力不低于30MPa。

（5）點(diǎn)錨第一列和第二列錨索規(guī)格為：Φ21.6×12000mm，其余點(diǎn)錨索規(guī)格為：Φ21.6×8250mm；間排距均為：1600mm×1600mm，錨固長(zhǎng)度均為2400mm（兩卷快速錨固劑、兩卷中速錨固劑），托盤(pán)采用δ12×400×400mm、δ16×200×200mm鋼板和δ50×200×200mm木墊板配合使用，錨索預(yù)應(yīng)力不低于30MPa。

（6）金屬網(wǎng)片為Φ5.6mm鋼筋焊接，網(wǎng)幅900×1700mm，網(wǎng)片搭接100mm，每格用14#鉛絲綁扎，錨桿與鋼筋梯打在金屬網(wǎng)片接茬處。

4 結(jié)束語(yǔ)

在工作面回采約6.2m時(shí)，采空區(qū)頂板位移產(chǎn)生突變，工作面回采約7.5m時(shí)，采空區(qū)頂板出現(xiàn)冒落。液壓支架頂梁長(zhǎng)度為4.8米，所以此時(shí)支架頂梁離開(kāi)切眼正常段1.4m（采空區(qū)頂板懸空10.6m）時(shí)，采空區(qū)頂板出現(xiàn)垮落跡象，支架頂梁離開(kāi)切眼正常段2.7m（采空區(qū)頂板懸空11.9m）時(shí)，采空區(qū)頂板冒落，由此可以判斷，在相似地質(zhì)條件、開(kāi)切眼斷面長(zhǎng)度設(shè)計(jì)為9.2米條件下，超長(zhǎng)錨桿錨索協(xié)調(diào)支護(hù)方案是合理安全的。

趙固二礦1105切眼頂板以砂質(zhì)泥巖為主，圍巖屬高應(yīng)力環(huán)境下破碎圍巖。隨著工作面的推進(jìn)，采空區(qū)切眼位置頂板深部巖層首先發(fā)生明顯位移，而淺部巖層離層不明顯，說(shuō)明淺部長(zhǎng)錨桿錨固區(qū)巖層穩(wěn)定，長(zhǎng)錨桿很好地發(fā)揮了支護(hù)作用，破碎圍巖控制效果良好。

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作者簡(jiǎn)介：李飛（1991-），男，河南濮陽(yáng)人，在讀碩士研究生，主要從事巷道支護(hù)技術(shù)和礦山壓力及巖層控制的研究。