大斷面松軟巷道高強預(yù)應(yīng)力錨桿支護技術(shù)

劉文偉

(山西新元煤炭有限責(zé)任公司，山西 晉中 030600)

1 工程概況

新元煤礦9105工作面開采9號煤，煤層平均厚度3.40 m，平均傾角2°，煤層普氏系數(shù)在1.5以下，屬松軟煤層。煤層直接頂為1.7 m厚的砂質(zhì)泥巖，其上為1.0 m厚的8號煤、2.96 m厚的泥巖及6.46 m厚的砂質(zhì)泥巖等；直接底為0.95 m厚的砂質(zhì)泥巖，老底為2.75 m厚的細(xì)粒砂巖。

9105進風(fēng)巷東側(cè)為9104工作面(未布置)，西側(cè)為工作面實體煤，北側(cè)為9號煤回風(fēng)大巷，具體巷道布置如圖1所示。巷道沿煤層底板掘進，掘進斷面為寬×高=5.2 m×5.5 m，屬于大斷面巷道，又由于9#煤層屬松軟煤層，故為保障巷道圍巖的穩(wěn)定，必須采取合理的支護措施對圍巖進行控制。

圖1 9105進風(fēng)巷布置示意

2 高強預(yù)應(yīng)力錨桿支護技術(shù)

2.1 支護原則

錨桿支護是當(dāng)前應(yīng)用最普遍最有效的動壓巷道支護形式，新元煤礦9號煤層松軟、錨固力低且巷道斷面較大，煤層頂板屬于復(fù)合頂板，掘進時沿煤層底板掘進困難，導(dǎo)致巷道超高嚴(yán)重，根據(jù)9105進風(fēng)巷大斷面松軟圍巖的具體特征，提出采用高強預(yù)應(yīng)力錨桿支護技術(shù)控制圍巖變形。

具體支護原則為：①強力一次支護原則：在巷道掘進期間，支護方式采用高強錨桿、高預(yù)緊力的方式進行支護，起到一次支護控制住圍巖變形的效果；②提高單根錨桿(索)的強度：在支護強度不降低的情況下，通過提升單根錨桿(索)的支護強度，進而降低錨桿(索)的支護密度；③提升錨桿(索)錨固系統(tǒng)的整體剛度，以提升錨固區(qū)抵抗變形的能力；④提高錨桿(索)的預(yù)緊力，防止巖層間離層現(xiàn)象的出現(xiàn)，以保持錨固煤巖體的完整性和承載能力；⑤提高組合構(gòu)件的強度與剛度，增強錨桿(索)之間的聯(lián)結(jié)性、整體性，控制錨桿(索)間煤巖體的變形破壞，對巷道表面形成一定的支護[1-2]。

2.2 錨桿(索)支護參數(shù)選擇

1) 錨桿參數(shù)。一般對于圍巖破碎、應(yīng)力大的巷道，應(yīng)選用直徑大的錨桿。針對9105進風(fēng)巷圍巖松軟、裂隙發(fā)育、巷道斷面大，屬于復(fù)雜困難巷道條件，應(yīng)選取強度大、直徑大的錨桿，因此確定采用BHRB500型號的錨桿，直徑22 mm、長度為2.4 m，錨桿間排距均為0.9 m，預(yù)應(yīng)力為60～100 kN，對應(yīng)錨桿的預(yù)緊扭矩為400～550 N·m。

2) 錨索參數(shù)。頂板錨索采用 21.6 mm×6 300 mm的17股高強度低松弛預(yù)應(yīng)力鋼絞線；兩幫采用 17.8 mm×4 300 mm的高強錨索。

3) 組合構(gòu)件?；诮M合構(gòu)件的幾何參數(shù)應(yīng)與錨桿(索)支護相匹配的原則，另外錨桿(索)間采用組合構(gòu)件能在一定的程度上提高支護體的剛度和強度，擴大預(yù)應(yīng)力的擴散范圍，增大錨桿的作用范圍，進而提升錨桿(索)支護的整體性，選用護表面積大、強度與剛度高的W形鋼護板作為組合構(gòu)件。

3 支護方案與效果分析

3.1 支護方案

1) 頂板支護。錨桿采用D22 mm×2 400 mm 的BHRB500型左旋無縱筋螺紋鋼筋，每排布置6根，間排距900 mm×900 mm，錨固方式采用樹脂加長預(yù)應(yīng)力錨固，錨固長度為1 017 mm，預(yù)緊扭矩大于400 N·m，小于550 N·m。錨索采用型號為SKP21.6-1/1 860-6 300，D21.6 mm×6 300 mm的17股高強度低松弛預(yù)應(yīng)力鋼絞線，配合配套鎖具，沿巷道中間打設(shè)錨索，3-2布置，排距900 mm，每排3根時，間距1 600 mm，每排2根時，間距2 000 mm，全都垂直頂板巖層打設(shè)，錨固方式采用加長預(yù)應(yīng)力錨固，錨固長度1 460 mm，預(yù)緊力≥250 kN。護表構(gòu)件采用W鋼帶+金屬網(wǎng)，金屬網(wǎng)采用10號鉛絲編織的金屬網(wǎng)，網(wǎng)格為50 mm×50 mm，W型鋼帶規(guī)格為BHW235/280/4-4 800-6。

2) 兩幫支護。錨桿規(guī)格、錨固長度及方式、預(yù)應(yīng)力大小和間排距均與頂板錨桿相同，每幫每排布置7根，全部垂直巷幫打設(shè)。 錨索采用D17.8 mm×4 300 mm的高強度礦用鋼絞線錨索，3-2布置，排距為900 mm，每排3根時，間距為2 250 mm，每排2根時，間距為1 900 mm，錨固方式采用加長預(yù)應(yīng)力錨固，錨固長度1 756 mm，設(shè)置錨索預(yù)緊力≥150 kN。護表構(gòu)件采用W鋼護板護表，規(guī)格為300 mm×460 mm×4 mm，四邊壓邊。網(wǎng)片采用金屬網(wǎng)護表，網(wǎng)片為網(wǎng)格50 mm×50 mm的10號鉛絲編織，規(guī)格3.5 m×1.1 m。具體支護方式如圖2所示。

由圖6可知：巷道監(jiān)測斷面隨著與掘進迎頭距離的增大，頂?shù)装寮皟蓭鸵平恐饾u增大，變形主要發(fā)生在掘進工作面后方0～40 m的范圍內(nèi)，當(dāng)監(jiān)測斷面距離工作面超過40 m后，頂?shù)装寮皟蓭鸵平烤呌诜€(wěn)定，巷道頂?shù)装逡平枯^小，由于兩幫基本為松軟煤體，致使兩幫移近量較大，巷道在掘進期間頂?shù)装寮皟蓭偷淖畲笠平糠謩e為39 mm和92 mm，圍巖變形滿足回采巷道的使用要求。

3.2 效果分析

為分析9105進風(fēng)巷圍巖控制效果，巷道掘進期間對表面位移進行了監(jiān)測，根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)繪出巷道表面位移曲線，見圖3。

圖2 9105進風(fēng)巷支護示意(mm)

圖3 巷道表面位移監(jiān)測曲線

4 結(jié) 語

根據(jù)新元煤礦9105工作面進風(fēng)巷大斷面松軟圍巖特征，基于高強預(yù)應(yīng)力錨桿支護原則，確定了錨桿(索)支護的各項參數(shù)，現(xiàn)場實施后，根據(jù)巷道表面位移監(jiān)測結(jié)果，巷道圍巖變形得到了有效控制，效果良好，滿足了巷道的正常使用要求。