全長(zhǎng)預(yù)應(yīng)力錨固支護(hù)技術(shù)在采空側(cè)巷道應(yīng)用

仇晉忠

1 試驗(yàn)巷道生產(chǎn)狀況

三礦K8203回風(fēng)巷南部為K8205工作面采空區(qū)，斷面為矩形，沿15#煤層底板掘進(jìn)。15#煤層平均厚度為6.90 m。巷道埋藏深度為585 m。巷道原設(shè)計(jì)頂部采用“短錨索、網(wǎng)、鋼帶+加強(qiáng)錨索”，兩幫采用“幫錨桿、網(wǎng)”支護(hù)，落山幫加幫錨索和套棚補(bǔ)強(qiáng)支護(hù),掘進(jìn)200 m后，受動(dòng)壓影響，斷面變形劇烈，頂板下沉、底板底鼓、兩幫內(nèi)擠比較嚴(yán)重。巷道頂?shù)装逡平窟_(dá)1000 mm以上，兩幫位移量達(dá)1500 mm以上，巷道行人、通風(fēng)困難，需不斷進(jìn)行維護(hù)和返修，嚴(yán)重影響了工作面的正常掘進(jìn)，同時(shí)為下一步工作面回采留下了安全隱患。因此，在K8203回風(fēng)巷進(jìn)行了全長(zhǎng)預(yù)應(yīng)力錨固支護(hù)試驗(yàn)。

2 巷道圍巖力學(xué)特性與地應(yīng)力場(chǎng)分布規(guī)律研究

1）通過(guò)對(duì)K8203回風(fēng)巷的巖塊進(jìn)行巖石試件加工與力學(xué)性能測(cè)試，得出頂板及兩幫煤樣和底板泥巖物理力學(xué)指標(biāo)如表1所示。為支護(hù)方案的選取與支護(hù)參數(shù)的設(shè)計(jì)優(yōu)化提供依據(jù)。

表1 三種基本巖性力學(xué)指標(biāo)

2）三礦與相關(guān)科研單位采用水壓致裂法進(jìn)行了地應(yīng)力測(cè)試，測(cè)試共布置4各地應(yīng)力測(cè)站，每個(gè)測(cè)站布置一個(gè)地應(yīng)力測(cè)試鉆孔。鉆孔深度20 m，地應(yīng)力測(cè)試結(jié)果表明：四個(gè)地應(yīng)力測(cè)點(diǎn)的垂直地應(yīng)力值為12.99～13.65 MPa，最大水平地應(yīng)力值為11.75～14.06 MPa，最小水平地應(yīng)力值為6.25～7.15 MPa，側(cè)壓力系數(shù)為0.87～1.08；四個(gè)測(cè)站的最大水平地應(yīng)力方向分別為N45°W、N38.4°W、N40.2°W和N49°W，表明三礦最大水平地應(yīng)力大體上以北偏西方向。4個(gè)測(cè)站中最大水平主應(yīng)力大于垂直主應(yīng)力的測(cè)站有2個(gè)，垂直主應(yīng)力大于最大水平主應(yīng)力的測(cè)站有2個(gè)，分別占總測(cè)站的50.0%。因此，三礦地應(yīng)力總體上以水平應(yīng)力為主。

3 支護(hù)方案

在K8203回風(fēng)巷開(kāi)口300～600 m區(qū)段支護(hù)形式為“頂部采用“短錨索、網(wǎng)、鋼帶+加強(qiáng)錨索”，兩幫采用“全長(zhǎng)預(yù)應(yīng)力錨固錨桿、網(wǎng)”支護(hù)。每50 m布置一個(gè)測(cè)站，每個(gè)測(cè)站設(shè)4套錨桿（索）測(cè)力計(jì)（分別設(shè)在頂錨索、加強(qiáng)錨索、幫錨桿、幫錨索）和一套頂板離層儀。試驗(yàn)地點(diǎn)及測(cè)站布置見(jiàn)圖1。

圖1 K8203工作面全長(zhǎng)預(yù)應(yīng)力錨固支護(hù)技術(shù)試驗(yàn)地點(diǎn)及測(cè)站布置（比例 1：4000；單位/m）

根據(jù)前面的研究成果，確定K8203回風(fēng)巷的支護(hù)斷面見(jiàn)圖2。

圖2 K8203回風(fēng)巷支護(hù)斷面

1）預(yù)留變形量

考慮在高地應(yīng)力、采動(dòng)壓力、大范圍的松散壓力與變形壓力共同作用下，將導(dǎo)致巷道圍巖出現(xiàn)大變形，在進(jìn)行巷道掘進(jìn)時(shí)，適當(dāng)擴(kuò)大掘進(jìn)斷面，頂部和兩幫各預(yù)留一定的變形量，以允許巷道圍巖產(chǎn)生適當(dāng)?shù)奈灰谱冃危赃_(dá)到釋放圍巖應(yīng)力，避免應(yīng)力集中，使集中的高應(yīng)力向圍巖的更深部轉(zhuǎn)移的目的，從而保證整體支護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。原巷道設(shè)計(jì)斷面尺寸為4.7 m×3.3 m，考慮預(yù)留變形量后巷道斷面尺寸為5.0 m×3.3 m。

2）頂板支護(hù)

巷道頂板通過(guò)布置高預(yù)應(yīng)力錨索實(shí)現(xiàn)對(duì)巷道頂板的及時(shí)有效控制，預(yù)應(yīng)力錨索采用1×7股高強(qiáng)度低松弛預(yù)應(yīng)力鋼絞線制作，錨索直徑Φ21.6 mm；中間3根錨索長(zhǎng)度為7300 mm，其余錨索長(zhǎng)度為5300 mm，錨索長(zhǎng)度不一，能夠使其作用力不在同一層位，從而提高頂板的穩(wěn)定；間排距為750 mm×800 mm；采用1卷K2360和1卷Z23100型樹(shù)脂藥卷加長(zhǎng)錨固，錨固長(zhǎng)度1600 mm；其極限承載力為607 kN，伸長(zhǎng)率為7%；采用高強(qiáng)度可調(diào)心托盤(pán)（300 mm×300 mm×16 mm）； 錨索預(yù)緊力為294.4 kN。

頂板鋼帶采用7孔M鋼帶，規(guī)格為4800 mm×176 mm×6 mm，孔徑Φ36 mm，孔間距750 mm；幫部鋼帶采用5孔M鋼帶，規(guī)格為3300 mm×176 mm×6 mm，孔徑Φ36 mm，孔間距750 mm。

3）兩幫支護(hù)

幫部錨桿采用全長(zhǎng)預(yù)應(yīng)力錨固錨桿，規(guī)格為Φ20 mm×2400 mm，錨桿直徑為20 mm，鋼號(hào)BHRB500，桿尾螺紋為M22；錨桿孔直徑為Φ29 mm，孔深2400 mm；錨桿間排距為750 mm×800 mm；采用1卷K2340型和2卷M2380型樹(shù)脂藥卷全長(zhǎng)錨固，預(yù)緊力不小于60 kN；托盤(pán)采用高強(qiáng)度鋼托盤(pán)，規(guī)格為150 mm×150 mm×10 mm。

幫部布置預(yù)應(yīng)力錨索進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù)（見(jiàn)圖3），預(yù)應(yīng)力錨索規(guī)格為Φ21.6 mm×5300 mm，錨索采用3-2-3隔排布置，排距1600 mm。采用1卷K2360和1卷Z23100型樹(shù)脂藥卷加長(zhǎng)錨固，錨固長(zhǎng)度1600 mm；其極限承載力為607 kN，伸長(zhǎng)率為7%；采用高強(qiáng)度可調(diào)心托盤(pán)（300 mm×300 mm×16 mm）；錨索預(yù)緊力為294.4 kN。

金屬網(wǎng)采用8#冷拔鐵絲編制的菱形網(wǎng)，頂板金屬網(wǎng)規(guī)格為5500 mm×950 mm，幫部金屬網(wǎng)規(guī)格為3200 mm×950 mm，網(wǎng)孔規(guī)格為80 mm×80 mm，網(wǎng)與網(wǎng)的搭接長(zhǎng)度不少于150 mm，搭接處應(yīng)采用雙股14#鐵絲綁扎，綁扎點(diǎn)間隔不超過(guò)100 mm。

4）底板支護(hù)

在幫錨桿斷面使用全長(zhǎng)預(yù)應(yīng)力錨固加裝底角錨桿，具體規(guī)格參數(shù)與幫部全長(zhǎng)預(yù)應(yīng)力錨桿相同。

圖3 幫部預(yù)應(yīng)力錨索加強(qiáng)支護(hù)結(jié)構(gòu)

4 表面位移及離層監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析

1）表面位移數(shù)據(jù)分析

試驗(yàn)期間K8203回風(fēng)巷兩幫的位移量?jī)H為15 mm，頂?shù)装宓奈灰屏孔畲笾禐?7.0 mm。頂?shù)装逡平孔兓俾首畲鬄?.0 mm/d，最小為0.1 mm/d，平均為2.3 mm/d；兩幫移近量變化速率最大為6.0 mm/d，最小為0.3 mm/d，平均為1.5 mm/d。由此可見(jiàn)，全長(zhǎng)預(yù)應(yīng)力錨固錨桿和預(yù)應(yīng)力錨索較好的發(fā)揮了其對(duì)圍巖的控制作用，巷道僅產(chǎn)生了較小的位移量。

2）巷道頂板離層監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及分析

試驗(yàn)巷道掘進(jìn)期間，1#測(cè)站深基地離層值為14.1 mm，淺基點(diǎn)離層值為9.5 mm；2#測(cè)站深基地離層值為14.2 mm，淺基點(diǎn)離層值為12.1 mm；3#測(cè)站深基地離層值為20.2 mm，淺基點(diǎn)離層值為16.2 mm?？傮w看來(lái)，頂板離層并不明顯。

5 結(jié)語(yǔ)

在受采動(dòng)影響劇烈的采空側(cè)巷道使用全長(zhǎng)預(yù)應(yīng)力錨固支護(hù)技術(shù)，可以有效地控制巷道圍巖的位移量，較好地解決了該類巷道的支護(hù)難題。同時(shí)保證了礦井的生產(chǎn)安全，為類似條件下的巷道支護(hù)提供了技術(shù)借鑒，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，推廣應(yīng)用前景十分廣闊。

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