煤礦巷道預(yù)應(yīng)力錨索支護技術(shù)的應(yīng)用研究

郭利軍

(山西新景礦煤業(yè)有限責(zé)任公司，山西 陽泉 045000)

1 概況

當(dāng)前小孔徑樹脂錨固預(yù)應(yīng)力錨索加固技術(shù)得到了全面的實踐應(yīng)用，該錨索加固技術(shù)采用樹脂藥卷錨固，單體錨桿鉆機施工，安裝工序簡單，施工速度大幅度提高，因此得到各大煤礦的全面使用。該礦對小孔徑樹脂錨固預(yù)應(yīng)力錨索加固技術(shù)也進行了理論分析研究和實踐應(yīng)用研究。

1)預(yù)應(yīng)力錨索支護技術(shù)的機理分析，錨索支護參數(shù)設(shè)計，錨索長度、預(yù)應(yīng)力、密度等參數(shù)的設(shè)計，為實踐應(yīng)用提供技術(shù)支持。

2)自行設(shè)計1×19S-椎21.8多層絲預(yù)應(yīng)力鋼絞線，該1×19S結(jié)構(gòu)鋼絞線設(shè)計為3層絲結(jié)構(gòu)，鋼絲根數(shù)為19根鋼絲，同等規(guī)格的鋼絞線，鋼絲的直徑就會變細?？梢杂糜诟邚姸让旱V錨索支護設(shè)計用材料。

3)與某公司聯(lián)合開發(fā)MQT-85J系列氣動錨桿錨索鉆機，可以實驗錨索鉆機的大扭矩和大推力要求。

4)對錨索預(yù)應(yīng)力損失的影響因素和補償措施進行了研究。

2 預(yù)應(yīng)力錨索支護技術(shù)的實踐應(yīng)用

該礦基于小孔徑樹脂錨固預(yù)應(yīng)力錨索支護技術(shù)的理論分析基礎(chǔ)上，對技術(shù)方案在該煤礦進行了全面的實踐應(yīng)用。以該礦3324工作面大斷面開切眼錨桿與錨索聯(lián)合支護和3325工作面強烈動壓影響巷道全錨索支護為案例，進行了支護設(shè)計方案及效果分析研究。

2.1 大斷面開切眼錨桿與錨索聯(lián)合支護的設(shè)計

2.1.1 開切眼地質(zhì)與生產(chǎn)條件

該礦3324工作面，煤層厚度為3.25～7.01m，煤層平均厚度4.82m；煤層傾角為2°～7°，煤層平均傾角5°；煤層直接頂為砂質(zhì)泥容，平均厚度4.9m，單軸抗壓強度為29～58MPa；3324工作面開切眼屬3號煤層，沿其底板進行掘進，掘進斷面為矩形，斷面寬度×高度=7.6m×2.8m，巷道兩端斷面寬度×高度=9.6m×2.8m。

2.1.2 支護方案

針對3324工作面開切眼巷道的實況，對其用有限差分法(FLAC3D)對設(shè)計方案及參數(shù)進行模擬，確定采用強力錨桿錨索聯(lián)合支護，來實現(xiàn)大斷面巷道支護的安全。頂板和靠采空區(qū)側(cè)幫采用左旋無縱筋螺紋鋼錨桿：采用樹脂加長錨固預(yù)緊力矩400N·m；直徑椎=22mm；長度l=2400mm；屈服強度600MPa，抗拉強度800MPa；頂板和采空區(qū)側(cè)幫錨桿排間距分別為：1000m×900mm、1000m×850mm。工作面推進側(cè)幫采用玻璃鋼錨桿，直徑椎=20mm，長度l=2000mm；組合構(gòu)件采用W鋼帶，鋼帶厚度4mm，并配合高強度拱形錨桿托盤；采用菱形金屬網(wǎng)護頂、護幫。頂板錨索采用1×19S-椎21.8多層絲預(yù)應(yīng)力鋼絞線，直徑椎=21.8mm；長度l=8300mm，錨索錨固劑規(guī)格為快速K2335樹脂錨固劑1卷、中速Z2360樹脂錨固劑2卷，錨索預(yù)緊力不小于120kN，錨固力250kN。

2.1.3 支護效果

對3324工作面巷道施工及結(jié)束過程進行了開切眼圍巖位移及支護體受力進行監(jiān)測，得到巷道預(yù)應(yīng)力錨索支護受力監(jiān)測曲線，如圖1所示。

圖1 巷道預(yù)應(yīng)力錨索支護受力監(jiān)測曲線

從圖1可知兩幫位移量不大，巷道第1次掘進時兩幫總移近量、強力錨桿支護煤幫位移量、玻璃鋼錨桿支護煤幫位移量分別為77.2mm、19.8mm、54.9mm；巷道第2次掘進時兩幫總移近量、強力錨桿支護煤幫位移量、玻璃鋼錨桿支護煤幫位移量分別為31.4mm、9.9mm、24.7mm。掘進中頂板下沉不明顯，變形量較小，錨桿預(yù)緊力保持在73～140kN；錨索預(yù)緊力保持在100～420kN之間，錨索、錨桿受力狀態(tài)良好。該強力錨桿錨索聯(lián)合支護設(shè)計合理，可以有效控制開切眼圍巖的變形量。

2.2 強烈動壓影響巷道全錨索支護的設(shè)計

2.2.1 巷道地質(zhì)與生產(chǎn)條件

該礦4325工作面屬于強烈動壓影響巷道，煤層厚度為2.84～5.35m，煤層平均厚度4.05m；煤層傾角為3°～8°，煤層平均傾角6°；煤層直接頂為泥巖，平均厚度3.5m；煤層基本頂為細砂巖，平均厚度3.9m。瓦排巷沿4號煤層頂板進行掘進，瓦排巷斷面為矩形，凈寬×凈高=4.0m×3.2m，該瓦排巷掘進過程中受4326回采工作面的采動影響，動壓影響系數(shù)增大，巷道變形量會增大。

2.2.2 支護方案

針對4324工作面瓦排巷的實況，對其用有限差分法(FLAC3D)對設(shè)計方案及參數(shù)進行模擬，確定采用全長預(yù)應(yīng)力錨固，全斷面錨索支護設(shè)計，如圖2所示。

支護參數(shù)：錨索采用1×19S-椎21.8多層絲預(yù)應(yīng)力鋼絞線，直徑椎=21.8mm；長度l=4300mm，錨索錨固劑規(guī)格為快速K2335樹脂錨固劑1卷、中速Z2360樹脂錨固劑2卷。首先對錨索施加預(yù)應(yīng)力，然后用水泥漿全長錨固錨索，接著使用錨索止?jié){塞封孔。頂板每排5根錨索，排間距1200mm×900mm；每幫每排3根錨索，間距1200mm×900mm。錨索托板為300mm×300mm×16mm高強度可調(diào)心注漿用托板，采用鋼筋網(wǎng)護頂、護幫，網(wǎng)孔尺寸100mm×150mm。該支護設(shè)計方案采用了高預(yù)應(yīng)力的短錨索設(shè)計，有效的提高錨索預(yù)應(yīng)力到300kN。

圖2 全斷面錨索支護設(shè)計示意圖

2.2.3 支護效果

對4324瓦排巷道表面位移情況進行監(jiān)測，得表面位移曲線，如圖3所示。

圖3 4324瓦排巷表面位移監(jiān)測曲線

從圖3可知，4323瓦排巷掘進前期巷道圍巖變形量非常小，左幫、右?guī)汀蓭?、頂?shù)椎谋砻姘嘧畲笠平糠謩e為90mm、80mm、140mm、120mm。在掘進后期，受4326回采工作面的采動影響礦壓顯現(xiàn)強烈；左幫、右?guī)?、兩幫、頂?shù)鬃畲笠平繛?50mm、128mm、220mm、260mm，相對掘進前期巷道變形量增幅較大，但是整個掘進期間瓦排巷無離層現(xiàn)象，圍巖變形量和位移較小，在合理的范圍之內(nèi)。從瓦排巷表面位移監(jiān)測曲線可知，該全錨索支護設(shè)計方案有效合理。

3 存在的問題及改進建議

該礦井下巷道預(yù)應(yīng)力錨索支護技術(shù)已得到了全面的應(yīng)用，該礦在預(yù)應(yīng)力錨索支護技術(shù)的理論研究和實踐應(yīng)用方面取得了較好的研究成果。但是在實踐應(yīng)用過程中，也發(fā)現(xiàn)了一些存在的問題，必須進行進一步的改進。

1)實踐應(yīng)用過程中，對于錨索應(yīng)用過度重視，造成錨索過長、過密現(xiàn)象，從而在一定程度上造成支護材料的浪費。需要從提高錨索預(yù)應(yīng)力的角度來提高錨索支護效果。

2)錨索支護的材料與構(gòu)件的適用面還不廣，必須針對不同地質(zhì)條件，不同圍巖條件，設(shè)計更多的系列化的錨索結(jié)構(gòu)。

3)要加強錨索受力情況的監(jiān)測，將支護效果進行數(shù)據(jù)化處理，有效提高錨索支護的安全性。

4 結(jié)論

預(yù)應(yīng)力錨索支護技術(shù)在西曲礦特大斷面開切眼、強烈采動時影響巷道的實踐應(yīng)用效果表明，預(yù)應(yīng)力錨索支護技術(shù)能有效控制煤礦井下巷道圍巖的變形量，支護效果理想，為實現(xiàn)該礦高產(chǎn)高效安全的開采目標(biāo)奠定了基礎(chǔ)。