煤巷錨桿支護技術應用研究

   1 巷道基本地質概況
　　
　　23234工作面對應地面標高+20m,順槽標高-612m,對應地面位置為河床、河漫灘、堤壩。23234工作面對應的上覆B10煤已回采。工作面走向長550m。B8煤為結構簡單的中厚煤層,平均煤厚2.0m,局部有夾矸插入體及底鼓變薄帶,煤層靠中下部含一層0.4m厚的軟分層。施工段煤巖層產狀變化較大,煤層傾角15～25°,平均20°。煤層綜合柱狀圖見圖1所示:
　　
　　
　　2 巷道維護特點
　　
　　2.1 巷道位于10槽保護層開采采空區下方,由于煤層回采對底板的破壞,8槽煤層頂板將比較破碎,穩定性差。受上覆煤層采動影響,圍巖應力重新分布,巷道圍巖變形會持續變化和增加,對支護的長期穩定性影響很大。
　　2.2 巷道埋深達到了600m,地壓較大,底鼓和兩幫變形都很強烈。底板在近乎無約束狀態將發生強烈破壞,只能通過加強兩幫及底角來減緩底鼓,難以從根本上控制底板變形,因此控制底板巖層離層鼓起失穩的難度非常大。
　　2.3 煤層傾角大,最大傾角達到了25°,高幫高度最大為3.8 m,剪應力效應明顯,高幫煤體易滑落失穩,給支護帶來了一定的難度。
　　
　　2.4 巷道直接頂為3~4m的砂質泥巖,頂板較完整,但小構造發育,地應力相對集中,對正常掘進影響很大,頂板管理相對困難。煤層硬度中等偏軟,幫部成型自穩能力差,后期受采動影響破壞變形失穩速度快,承載能力低,因此幫部圍巖控制要求高。
　　2.5 綜掘機掘進,對頂底板巖層破壞擾動較小,有利于保持圍巖的完整性。
　　綜上所述,該巷道屬于采空區下大跨度松軟煤層巷道圍巖穩定性控制問題,兩幫及底板的控制難度都很大,頂板的安全狀況差,是煤巷錨桿支護所面臨的突出難解決的課題之一,必須引起高度重視,該類巷道圍巖穩定性控制技術研究具有一定的挑戰性。
　　
　　3 錨桿支護關鍵技術手段
　　
　　3.1 高性能超高強錨桿:采用IV級錨桿專用螺紋鋼加工而成的高性能錨桿,抗破斷強度更高,支護剛度更大,限制變形更加有力,針對巷道急劇膨脹擴容產生的高應力控制效果會更有效。
　　3.2 大托盤:錨桿采用新型大托盤(尺寸為200×200mm)、錨索采用400×400mm的大托盤,增大護表面積,減輕目前所用的普通小托盤與圍巖局部小面積接觸而產生的點載荷作用,防止圍巖擠壓破損,將對松散層裂破碎巖體起到較好的維護效果。
　　3.3 新型阻尼螺母:能提供較大扭矩,與高性能預拉力錨桿配套,提高錨桿安裝過程的可靠性,保證支護系統整體安全可靠。
　　3.4 高預緊力:采用MOS-90J2型氣扳機可以實現錨桿8~10 t的高預緊力,有效增加錨桿對巷道圍巖支護初期的控制作用,提升錨桿支護的作用級別。
　　
　　4 整體方案設計
　　
　　為保證巷道在最終變形后能滿足通風、行人等安全生產需要,預留巷道斷面以滿足變形的要求,順槽斷面確定為矩形:凈寬×下幫高=4.8m×1.6m。
　　4.1 巷道頂板采用6根IV級左旋錨桿專用螺紋鋼超高強預拉力錨桿加4.8m長M4型鋼帶、Ф6mm鋼筋網聯合支護。錨桿間距900mm,排距900mm。錨桿預緊力不低于50kN,錨固力不低于120 kN。錨桿采用200×200mm的新型大托盤。
　　4.2 巷道低幫采用3根左旋錨桿專用螺紋鋼超高強預拉力錨桿加1.6m長M4型鋼帶、菱形金屬網聯合支護。錨桿間距為700mm,排距為900mm。錨桿預緊力不低于50kN,錨固力不低于80kN。錨桿托盤采用130×150mm的新型托盤。
　　4.3 巷道高幫采用5根左旋錨桿專用螺紋鋼超高強預拉力錨桿加1.6m長M4型鋼帶、菱形金屬網聯合支護,錨桿間距為700mm。錨桿預緊力不低于50kN,錨固力不低于80kN。高幫下部兩根錨桿滯后迎頭不得超過10m。
　　4.4 每隔兩排錨桿在頂板中間位置布置一套單體錨索,鋼絞線規格為Φ17.8×6.3m。錨索排距1.8m,預緊力60~70kN,錨固力不低于200kN,托盤采用400mm×400mm的大托盤,單體錨索緊跟迎頭施工安裝。每隔2排錨桿布置一套錨索梁,沿頂板中線兩側各0.9m布置錨索鉆孔,鋼絞線規格為Φ17.8×6.3m,2.2m輕型槽鋼上兩眼間距1.8m。預緊力80~100kN,錨固力不低于200kN。錨索梁排距為1.8m,錨索梁滯后迎頭3～5m進行施工安裝。
　　
　　5 經濟效益分析
　　
　　23234順槽采用高性能超高強錨桿支護,它與新莊孜礦在采空區下破碎不穩定頂板巷道一直采用的U型棚支護直接成本相比較:節約支護材料費用為173.7萬元,節省巷道維修費47.2萬元。預計23234順槽采用高強錨桿支護所創直接經濟效益為220.9萬元。
　　
　　結語
　　采用高性能超高強錨桿支護,成功地解決了采空區下巷道礦壓大,變形嚴重和巷道維修工程量大的問題,同時減輕了工人的勞動強度,提高了工作效率,為巷道快速掘進和快速回采提供了更好的條件。