松散破碎煤礦巷道高預應力錨桿支護技術研究及應用

前   言

　　我國煤 炭 95   以上 屬于井工 開采，隨著礦井開采深度的增加和一些難采煤層的開采 ，一方 面地質條 件、開采 條件越來 越復雜 ；另一方面原巖應力、構造應力 、開采擾動應力相互疊加 ，致使巷道支護效果差 ，巷

道變形與破壞劇烈 ，需要多次維修與翻修。不僅支護成本很高，掘進速度低 ，而且帶來很多安全隱患 ，嚴重制約采煤工作面的快速推進及礦井產量和效益的提高 。石炭井焦煤公司是神寧集 團在銀北礦區的焦煤生產主力礦井 ，所采 4 號煤層節理裂隙特別發育 ，在石門揭煤時，經常出現頂部煤層冒落現象 ，給巷 道支護帶來很大 困難 。4 號煤采用分層開采方法開采上分層 時，上下順槽兩幫變形嚴重，在 回采過程 中必須進行刷幫處理才能滿足生產要求 。綜放開采是一種高效采煤方法 ，目前綜放開采技術 已在我 國煤 炭 生產企 業 大面積 推 廣使用 。　　

　　神寧集團石炭井焦煤公司在 4 號煤以外的其他厚煤層均采用了這種采煤方法 ，在 4 號煤卻從未嘗試過綜放開采 。究其原因，主要是 4 號煤節理裂隙非常發育，全煤巷道的支護問題成為制 約該 煤 層 綜 放 開 采 應用 的 最大 技 術難題 。

2 生產地質條件

　　四層煤為復雜結構的厚煤層 ，含八層夾矸，煤層屬于半光亮型 ，是煉焦煤 ，煤體極松散 ，節理裂 隙特別發育 ，傾角 23。，平均煤厚為 5．6m ，煤層普 氏硬度為 0．73。上部為 3 號煤層 ，層 間距為 19m 。根據圍巖強度測試結果 頂 板 泥 巖強 度 主 要集 中在 20 ～40M P a 之 間 ，砂 巖 強 度 在 50 ～ 70M P a 之間，

煤體強度主要集中在 5~ 20M Pa 之間。煤層直接頂為泥巖 ，灰黑色 ，薄層狀 ，水平層理含植物化石，平均厚度 2．6m ；老頂為 3．0m 的粉砂巖 ，灰黑色，含植物化石及泥質結核，水平層理 。

　　煤層偽底為泥巖 ，灰黑色 ，炭質 光面，性脆 ，平均厚度 0．4m ；直 接底為 5．7m 左右的粉砂巖，灰黑色 ，中厚層狀 ，含植物化石 。煤層柱 狀 圖見 圖 1。2474 綜放工作 面上部為 2374 采 空區，其他區域為未開拓煤巖系地層。工作面距地表垂深約 449~ 520m ，機巷 、風巷均布置在4 煤層 中，沿底掘進 。機巷在 2374 采空 區下 ，風巷 在煤 柱下 (見圖 2)。

3 錨桿錨索支護設計

3 .1 設 計 原 則

　　針對松散破碎煤巖體 ，在掘進和支護過程 中應把握 以下幾個原則 ：

①盡量減小對圍巖的擾動，保證圍巖的完 整性 和穩 定 性 。

②應及時支護 ，盡量縮短空頂時間。

③支護系統應采用高強度 、高剛度的支護材料和護表面積大的護表構件 ，確保錨桿預應力 的有效擴散和良好的護幫護頂效果。有效控制煤巖體早期離層與破壞，盡量減小煤巖體強度與完整性 的喪失 。

④錨桿、錨索預緊力大小要協調 ，避免出現支護系統不合理，導致部分支護構件失效 。

3.2   高預 應 力錨 桿 支護技 術 井 下試驗針對煤層松散破碎特點 ，結合數值模擬結果 ，確 定 支 護 方 案 為 ：錨 桿 采 用 直 徑22m m 、長度 2．4m 的 500 號左 旋無縱筋專用螺紋 鋼錨桿 ，極 限拉 斷力 266kN ，屈服

力為 190kN ，延伸率 22 。樹脂 錨 固劑加長錨固，預緊力矩設計為 400N ·m 。采用寬 280m m 、長 450m m 、厚 5m m 的 W 型鋼護板等 組合 支護 構件 。錨 桿 間距 700m m ，每排 13 根，排 距 700m m ；錨 索采 用 直徑22m m 、長 6．3m 的 1 ×19 股高強度低松弛預應力鋼絞線 ，錨索托板采用 300 ×300 ×16 (m m ) 拱型托板 ，每排 兩根 和每排一根交錯布置，排距 700m m ，錨索 預緊力達到

200kN 。具體支護參數見 圖 3。

掘進期間，為了盡量減少圍巖擾動，掘進采用人工掘進，綜掘機只負責出煤 ；并且掘夠一個錨桿間距 ，及時安裝錨桿和施加預緊力 。

　　從井下現場來看 ，巷道支護效果 比原來支護有明顯改 善。掘進 期間 ，原 來隨掘 隨冒，采用高強度高預應力支護系統后 ，圍巖變 得完 整 、穩 定 ；回采期 間 ，頂 板 和兩 幫煤體 基本保 持 完整 ，巷 道 變形 量 也 控制 在 7 9／6之 內 ，兩 幫 最 大 移 近 量 383m m ，頂 板 最 大下沉 量 262．5m m ，滿 足 了巷道 安 全使 用。

結 論

①高預應力錨桿支護技術在石炭井焦煤公司松散破碎煤巷中得到成功應用，巷道圍巖變形控制在 7   以內，巷道支護狀況發生了本質的改變 。為 4 煤實現綜放開采提供了技術保證 。

② 實踐證明 ，大幅度提 高錨 桿支護系統的剛度與強度以及護表構件面積可有效減小圍巖變形與破壞范圍，高預應力錨桿支護技術為松散破碎巷道提供了有效的支護方式 。