全長螺紋錨桿及大直徑注漿錨索在回采巷道中的應用

楊張杰王 威楊 青王福海王慶牛陳 康皮亞軍

(1.安徽省煤炭科學研究院,安徽省合肥市,230001; 2.淮南礦業(yè)集團謝橋煤礦,安徽省淮南市,232150)

全長螺紋錨桿及大直徑注漿錨索在回采巷道中的應用

楊張杰1王 威1楊 青1王福海1王慶牛1陳 康1皮亞軍2

(1.安徽省煤炭科學研究院,安徽省合肥市,230001; 2.淮南礦業(yè)集團謝橋煤礦,安徽省淮南市,232150)

針對謝橋礦13316工作面回風巷道地質特點及支護技術難點,提出了13316回風巷道支護對策,研究了在回風巷道實施全長螺紋錨桿、大直徑注漿錨索、久米納樹脂加固材料的綜合支護,實踐表明綜合支護方案的采用減少了單位面積的錨桿、錨索數(shù)量,支護密度大大降低,提高了巷道掘進速度.

巷道支護 全長螺紋錨桿 大直徑注漿錨索

在深井高應力巷道、大斷面小煤柱沿空巷道采用現(xiàn)行的高強端錨或加長錨固錨桿支護系統(tǒng)出現(xiàn)了一系列新的問題,主要表現(xiàn)為錨桿對圍巖變形不敏感、控制圍巖離層能力差,抗剪強度低,抗沖擊性能差,錨桿斷裂較多或者巷道出現(xiàn)冒落;錨索延展性差,剛度小,常常有因為載荷過大錨桿被拉斷或者整根錨索被拉出失效;巷道礦壓顯現(xiàn)強烈,巷道頂?shù)装寮皟蓭妥冃问諗看蟆⒌坠姆浅乐?有的巷道支護后一個月就要翻修.為解決巷道變形,不得不增加單位面積錨桿、錨索密度,這就增加了工人勞動強度和成本.深井高應力巷道以及大斷面小煤柱沿空巷道的地壓治理問題已成為影響礦區(qū)安全高效生產的瓶頸問題,因此,在謝橋礦13316回風巷道進行全長螺紋錨桿及大直徑注漿錨索試驗,解決小煤柱地壓治理問題.

1 地質概況

謝橋礦13316綜采工作面位于-610 m水平東二采區(qū),6＃煤層底板標高為-497.9～-610 m,地面標高+19.9～+23.4 m.13316綜采面東面是F22斷層邊界,西面是東二B組煤采區(qū)上山,南面是下階段13416工作面,北面是上階段13216工作面.上階段13216工作面、上覆13118、13218、13318工作面均已回采完畢.

6＃煤層厚度為1.0～4.2 m,均厚2.7 m,煤層結構簡單,局部發(fā)育1層泥巖夾矸,0.2～1.0 m,煤層傾角為11°～17°.煤層直接頂板為泥巖,老頂為細砂巖,偽頂缺失,直接底為泥巖, 13316工作面頂?shù)装鍘r性見表1.

表1 13316工作面頂?shù)装鍘r性

影響13316工作面開采的斷層有6條,分別是FG1、FG2、FG3、FG4、FS268和F22,另外,工作面范圍內發(fā)育有1＃陷落柱,陷落柱在6＃煤層平面上為近似橢圓形,走向長156 m,傾向長234 m.

13316工作面主要水源為6＃煤層頂板砂巖裂隙水、采空區(qū)水和陷落柱水.頂板砂巖裂隙水在裂隙發(fā)育的區(qū)域含量較高,裂隙水和其他水源沒有直接聯(lián)系,1＃陷落柱區(qū)域含水較多,上階段13216回采后,還有采空區(qū)積水流入.

2 巷道支護難點和對策

2.1 支護難點

(1)13316回風巷道沿空掘進,巷道圍巖破碎,特別是在巷道過1＃陷落柱時,應力集中明顯,導致巷道圍巖變形范圍和程度增大,巷道礦壓顯現(xiàn)劇烈.

(2)巷道煤層傾角大,高幫為煤柱幫,煤柱易片幫、穩(wěn)定性差;巷道斷面大,對巷道圍巖的長期穩(wěn)定性要求較高.

(3)頂板砂巖裂隙水前期影響樹脂藥卷錨固力,后期使錨桿、錨索桿體產生銹蝕,破壞桿體強度.

2.2 支護對策

分析了巷道的地質采礦條件及巷道支護技術,提出在13316回風巷道支護設計中采取以下技術對策.

(1)采用全長螺紋錨桿和大直徑注漿錨索.普通錨桿直徑一般為18～22 mm,螺紋長300 mm,而全長螺紋錨桿直徑為25 mm,直徑較普通錨桿粗5 mm,桿體材料為45＃鋼,內置注漿孔,配合化學漿使用,全長螺紋提高了桿體與化學漿的握持力;普通錨索直徑一般為15.24～21.8 mm,而大直徑注漿錨索直徑為29 mm,內置注漿孔,封孔采用橡膠軟管和PVC硬管封孔,配合化學漿實現(xiàn)圍巖裂隙及小煤柱加固,控制煤柱片幫.

(2)全長錨固可提高圍巖整體性.在小煤柱、高應力地段以及斷層帶附近,圍巖結構復雜,裂隙發(fā)育,在這些區(qū)域只有采用全長錨固技術才能使得錨桿、錨索增大與巖體間的摩擦力,此外由于桿體孔被樹脂全長充填,抗剪強度高,同時配合淺深孔注漿,漿液可以沿著裂隙擴散到巖體中,使得巖體的抗剪強度也得到提高.

(3)錨桿與錨索組合支護一是減少單根錨桿或者錨索破斷的現(xiàn)象;二是通過鋼帶或者槽鋼把錨桿或者錨索聯(lián)合在一起,增大了頂板表面壓應力的區(qū)域;三是與全長錨固技術相結合,實現(xiàn)錨桿、錨索由點錨、線錨到片錨的轉變.

3 巷道支護方案

頂板支護采用每排6根全長螺紋錨桿和一根長4.8 m的M5鋼帶組合支護,靠近高幫的2根錨桿豎直安裝在巷道頂板上,其他4根錨桿則垂直頂板安裝.全長螺紋錨桿在樹脂藥卷的錨固下外注化學漿,采用橡膠軟管和PVC硬管封孔,錨桿規(guī)格為?25 mm×2500 mm,錨桿鉆孔直徑32 mm,錨桿間排距為900 mm×900 mm;同時還采用Ω鋼梁、大直徑注漿錨索和常規(guī)錨索組合支護,每排安裝3根錨索,兩根大直徑注漿錨索和一根普通錨索,靠近高幫的一根大直徑注漿錨索豎直安裝在頂板上,靠近低幫的一根大直徑注漿錨索垂直安裝在頂板上,中間一根常規(guī)錨索垂直安裝在頂板上.大直徑注漿錨索規(guī)格為?29 mm×6300 mm,錨索鉆孔直徑為?38～40 mm;常規(guī)錨索規(guī)格為?22 mm× 7400 mm,鉆孔直徑為?30 mm,采用Z2850錨固劑錨固.

巷道低幫為煤體幫,煤體幫采用Ω鋼梁、常規(guī)?22 mm×4300 mm錨索和普通?22 mm×2500 mm錨桿組合支護,每根Ω鋼梁上1孔、3孔布置錨桿,2孔、4孔布置錨索,采用規(guī)格為2600 mm×1200 mm金屬網.

巷道高幫為煤柱幫,煤柱幫采用Ω鋼梁、?29 mm×4300 mm大直徑注漿錨索、普通錨桿和全長螺紋錨桿組合支護,每組Ω梁(2根2.0 m長Ω梁搭接布置)上2、4孔布置大直徑注漿錨索,靠近頂板位置孔布置常規(guī)錨桿,其余兩個孔安裝全長螺紋錨桿.具體支護方案見圖1.

圖1 13316工作面巷道錨桿錨索支護方案

全長螺紋錨桿和大直徑注漿錨索安裝后,需要注化學漿.注漿材料為久米納加固材料,產品規(guī)格為A、B雙組份產品,比例為1∶1,固化時間為35～45 s,注漿壓力0.5～1 MPa.

4 工業(yè)性試驗

13316工作面回風巷道全長螺紋錨桿、大直徑注漿錨索綜合支護工業(yè)性試驗到2015年9月1日結束,歷時約6個月,巷道試驗長度101 m(距巷道拔門位置1121～1222 m),全部采用橡膠軟管和PVC硬管組成的雙止?jié){管封孔.101 m試驗巷道共注化學漿3380 kg,每排32.8 kg,每孔2.7 kg.

試驗段3＃測站受掘進影響時間為20 d,比普通錨桿支護段2＃測站要短,在此期間巷道表面位移急劇增大,20 d以后巷道圍巖移近速度變慢,觀測初期的20 d,試驗段3＃測站頂?shù)装逡平繛?00 mm,兩幫移近量245 mm,到180 d試驗段巷道頂?shù)装搴蛢蓭鸵平糠謩e為386 mm和360 mm,2＃測站支護段頂?shù)装搴蛢蓭鸵平糠謩e為470 mm和450 mm.13316回風巷道2＃測站和3＃測站位移變化曲線見圖2.

圖2 2測站和3測站巷道段變形曲線

上述觀測結果表明,全長螺紋錨固錨桿試驗段與普通錨桿支護段相比,巷道受掘進影響時間變小,3＃測站試驗段巷道圍巖表面位移量、特別是兩幫圍巖移近量明顯比2＃測站巷道段平均降低25%～30%,說明新型支護材料配合樹脂注漿實現(xiàn)全長錨固對控制巷道圍巖表面變形效果顯著.

5 結論

(1)全長螺紋錨桿配合大直徑注漿錨索在大斷面小煤柱沿空巷道中使用,減少了單位面積上錨桿、錨索數(shù)量,支護密度大大降低,巷道掘進速度得到提高,降低了工人勞動強度.

(2)13316工作面回風巷道試驗段圍巖表面位移共計進行180 d的觀測,巷道頂?shù)装逡平繛?86 mm,兩幫移近量為360 mm.與普通錨桿支護段相比,兩幫及頂?shù)装逡平科骄档?5%～30%.新型支護材料配合樹脂注漿實現(xiàn)全長錨固對控制巷道圍巖表面變形效果顯著.

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(責任編輯 張毅玲)

Application of full length screw bolt and large diameter grouting anchor cable in mining roadway

Yang Zhangjie1,Wang Wei1,Yang Qing1,Wang Fuhai1,Wang Qingniu1,Chen Kang1,Pi Yajun2
(1.Anhui Academy of Coal Science,Hefei,Anhui 230001,China; 2.Xieqiao Coal Mine,Huainan Mining Industry Group,Huainan,Anhui 232150,China)

According to geologic characteristics and technological difficulties of return airway in No.13316 working face of Xieqiao Coal Mine,supporting countermeasure of the roadway was put forward,which was a combined supporting method of full length screw bolt,full diameter grouting anchor cable and jiumina resin reinforcement materials,field practice showed that the combined supporting method improved the roadway excavation speed with less anchor bolts and cables per unit area and lower support density.

roadway support,full length screw bolt,large diameter grouting anchor cable

TD353

A

楊張杰(1963-),男,安徽懷寧人,副研究員,現(xiàn)主要從事煤巷錨桿支護設計、軟巖巷道礦壓的顯現(xiàn)規(guī)律研究。