深部礦井雙巷掘進幫部錨桿錨固性能影響研究

常 明

（霍州煤電李雅莊煤礦）

1 前言

西北某礦井設(shè)計生產(chǎn)能力1 500萬t/a，主采3#煤層，煤層平均厚度為6.24 m，現(xiàn)處于礦井建設(shè)階段。此礦井主采煤層埋深約680 m，屬于深部礦井開采，地壓大，巷道頂板及兩幫巖石變形較大，有片幫底臌現(xiàn)象。

為加快礦井建成投產(chǎn)速度，對首采工作面3401工作面回風(fēng)順槽（1）、回風(fēng)順槽（2）采用雙巷相錯一定距離同時掘進。已掘進巷道揭露煤層幫部易片幫，尤其是肩窩位置片幫嚴重。由于錨桿鉆孔成孔質(zhì)量是錨桿錨固性能的重要因素，深部礦井臨近巷道雙巷掘進中受支承壓力疊加影響，煤壁破碎，巷道變形較大，勢必影響幫部錨桿成孔質(zhì)量，進而影響幫部錨桿錨固性能。針對雙巷掘進巷道支護錨桿的錨固性能影響，以3401工作面回風(fēng)順槽（2）為研究對象，對幫部錨桿錨固性能受影響程度進行研究。

2 首采工作面支護設(shè)計

2.1 工作面基本情況

3401工作面長度3 800 m，見圖1。巷道布置在3煤層中，沿煤層底板掘進。地質(zhì)條件中等，煤、巖層地層傾角一般1°～3°。所揭露的煤、巖層屬于軟弱到半堅硬巖層，各類巖石在自然狀態(tài)下抗壓強度在2.3 MPa～26.4 MPa之間。

3401工作面回風(fēng)順槽（1）掘進工作面超前回風(fēng)順槽（2）工作面約150 m，雙巷間煤柱寬度40 m，巷道兩側(cè)支承壓力峰值約為原巖壓力的1.5倍，影響范圍約1.5 m～4 m。受支承壓力的疊加影響，煤柱幫部較破碎，但可保持整體穩(wěn)定。

圖1 工作面平面圖

2.2 巷道支護設(shè)計

巷道規(guī)格寬×高=4 200 mm×4 100 mm，采用錨索網(wǎng)聯(lián)合支護形式，如圖2，具體參數(shù)為：

錨桿：頂幫均采用φ22×2 400 mm螺紋鋼錨桿，托盤選用Q235型鋼,規(guī)格150 mm×150 mm×10 mm；錨桿錨固力≥80 kN，預(yù)緊扭矩≥250 N·m。

金屬網(wǎng)：網(wǎng)片選用φ6鋼筋焊接的金屬焊網(wǎng),網(wǎng)片規(guī)格1 000 mm×2 000 mm。頂板鋼筋網(wǎng)呈橫向鋪設(shè)，幫部鋼筋網(wǎng)呈縱向鋪設(shè)。

錨索：錨索選用φ18.9×6 300 mm鋼絞線；托盤選用Q235型鋼,規(guī)格為280 mm×280 mm×20 mm；錨固力≥250 kN,預(yù)緊力≥200 kN。

W鋼護板：規(guī)格280 mm×450 mm×5 mm四邊壓棱，頂部以下第二根和第三根錨桿采用鋼護板加強支護。

圖2 巷道支護斷面圖

3 雙巷掘進錨固性能影響程度

通過鉆孔內(nèi)部窺視、錨桿拉拔力檢測等手段，對煤壁變形破碎情況和錨桿實際錨固性能進行深入分析，進而反應(yīng)雙巷掘進中錨桿錨固性能受影響程度。

3.1 鉆孔內(nèi)部窺視

在煤壁左右兩幫距頂?shù)装?m位置，分別鉆取兩個深度5 m觀測孔，具體位置詳見圖3。

圖3 窺視孔布置圖

對觀測圖像進行對比觀測，結(jié)果如下：

圖4 鉆孔窺視圖

由圖4得出以下結(jié)論：

（1）幫部右側(cè)煤壁（實體煤側(cè)）明顯的變形破碎影響深度約為0.2 m，幫部0.2 m以里的鉆孔圍巖完整，成孔質(zhì)量好，錨桿設(shè)計長度2.2 m，采用端頭錨固，錨固長度約為1.5 m，因此此種情況對錨桿錨固沒有明顯影響。但是由于幫部表面破碎，錨桿施工時應(yīng)增加襯墊，保證預(yù)緊力。

（2）由于雙巷掘進時兩巷間煤柱受支承應(yīng)力的重疊影響，煤壁片幫嚴重，幫部左側(cè)煤壁變形（煤柱側(cè)）破碎影響深度約為0.5 m～0.6 m，明顯大于右側(cè)煤壁，不影響整體成孔質(zhì)量。此變形影響深度仍然對錨桿錨固無明顯影響，錨桿施工時也應(yīng)增加襯墊，保證預(yù)緊力。

（3）煤柱一側(cè)的煤壁變形破碎情況明顯差于實體煤一側(cè)，表明雙巷掘進時對煤壁的影響程度較單巷掘進大，但均對此設(shè)計下錨桿錨固性能沒有太大影響。

（4）錨桿架設(shè)支護時，由于幫部圍巖松軟破碎范圍較大，應(yīng)該適當加大鉆孔深度，防止錨桿預(yù)緊時產(chǎn)生桿體外露過長，造成錨桿失效。

3.2 錨桿拉拔試驗

根據(jù)支護設(shè)計要求，3401工作面回風(fēng)順槽（2）支護錨桿進行錨桿拉拔試驗，十根錨桿一組，進行三組試驗，試驗數(shù)據(jù)如下：

表1 錨固力拉拔試驗

由試驗數(shù)據(jù)可知，試驗拉拔的錨桿均能達到設(shè)計80KN單位數(shù)值，采用φ22×2 400 mm螺紋鋼錨桿、MSCK2350和MSK2350錨固劑的材料組合形式，可以滿足設(shè)計錨固力的要求，雙巷掘進對設(shè)計中錨桿錨固力沒有明顯影響。

4 結(jié)論

通過采用鉆孔窺視、錨桿拉拔試驗等多種方法對巷道支護錨桿錨固性能的影響研究，可以發(fā)現(xiàn)雙巷掘進時幫部片幫嚴重，煤柱一側(cè)的煤壁變形破碎情況明顯差于實體煤一側(cè)，雙巷掘進時對設(shè)計中錨桿錨固力沒有明顯影響。由于幫部圍巖松軟破碎，施工過程中應(yīng)該適當加大鉆孔深度，防止錨桿失效。深部礦井雙巷掘進巷道支護設(shè)計技術(shù)，為本礦巷道支護積累了寶貴的經(jīng)驗，也為其他類似問題礦井提供了借鑒。