錨桿支護(hù)技術(shù)在紅嶺煤礦15141上巷的成功應(yīng)用

安陽(yáng)鑫龍煤業(yè)（集團(tuán)）紅嶺煤礦15141上巷沿二1煤層底板掘進(jìn)，為孤島工作面，上部和下部均為采空區(qū)，上巷上部有一F505斷層。這些地質(zhì)條件對(duì)采區(qū)設(shè)計(jì)及巷道掘進(jìn)與維護(hù)都產(chǎn)生了不利的影響。針對(duì)這些不得因素，2010年10月，紅嶺煤礦與中國(guó)礦大決定以15141上巷作為試驗(yàn)巷道進(jìn)行錨桿支護(hù)技術(shù)應(yīng)用研究。

技術(shù)路線

（1）對(duì)試驗(yàn)巷道頂?shù)装寮懊簩尤舆M(jìn)行實(shí)驗(yàn)室力學(xué)實(shí)驗(yàn)；

（2）分析采動(dòng)應(yīng)力分布規(guī)律及斷層對(duì)采動(dòng)應(yīng)力傳遞的影響規(guī)律，揭示煤柱變形失穩(wěn)機(jī)制，確定合理的保護(hù)煤柱寬度；

（3）研究分析斷層附近采動(dòng)巷道塑性區(qū)、破裂區(qū)發(fā)展過(guò)程，揭示該類(lèi)巷道的變形破壞機(jī)制；

（4）研究采動(dòng)巷道非對(duì)稱大變形的控制機(jī)理與技術(shù)，確定合理技術(shù)參數(shù)；

（5）將研究成果指導(dǎo)工業(yè)性試驗(yàn)，并通過(guò)礦壓監(jiān)測(cè)反饋修正支護(hù)參數(shù)。

錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)原則

一次支護(hù)原則

錨桿支護(hù)為一次支護(hù)。一方面是實(shí)現(xiàn)高效、安全生產(chǎn)的要求；另一方面是錨桿支護(hù)本身的作用原理決定的。

高預(yù)應(yīng)力和預(yù)應(yīng)力擴(kuò)散原則

高預(yù)應(yīng)力是檢驗(yàn)錨桿支護(hù)是否是主動(dòng)支護(hù)的指標(biāo)。一方面采取有效措施給錨桿施加較大的預(yù)應(yīng)力；另一方面，通過(guò)構(gòu)件實(shí)現(xiàn)錨桿預(yù)應(yīng)力的擴(kuò)散，擴(kuò)大預(yù)應(yīng)力的作用范圍，提高錨固體的整體剛度與完整性。

高阻讓壓支護(hù)原則

斷層附近采動(dòng)巷道初期以關(guān)鍵部位的剪切滑移變形和向巷道臨空區(qū)的擠壓變形為主，在關(guān)鍵部位實(shí)施高阻讓壓錨桿支護(hù)后，錨桿通過(guò)延伸釋放關(guān)鍵部位變形能量，調(diào)整該部位圍巖應(yīng)力集中分布，同時(shí)在恒定高阻力的作用下，保持該部位錨固體釋放能量的同時(shí)并不喪失承載力，有效控制錨固區(qū)內(nèi)、外軟弱結(jié)構(gòu)面的剪切滑移破壞。

非對(duì)稱耦合支護(hù)原則

控制非對(duì)稱變形，降低支護(hù)體受偏載作用，實(shí)現(xiàn)支護(hù)結(jié)構(gòu)均勻承載。

合理錨桿支護(hù)參數(shù)確定

預(yù)緊扭矩

預(yù)緊力與預(yù)緊扭矩有如下關(guān)系：

式中：p為錨桿預(yù)緊力，kN；k0為螺母與錨桿螺紋間的滑動(dòng)摩擦系數(shù)；k1為螺母與墊圈端面間的滑動(dòng)摩擦系數(shù)；k2為考慮巖石完整性的修正系數(shù)；M為螺母預(yù)緊力矩， N·m；s為螺紋導(dǎo)程，mm；d0為墊片內(nèi)徑，mm；d2為螺紋中徑，mm；D1為螺母端部有效接觸面外接圓直徑，mm。

由煤礦支護(hù)手冊(cè)可知扭矩小于400 N·m的情況下，直徑20mm的高強(qiáng)度讓壓錨桿的k值一般為0.1，所以為了保證有足夠的預(yù)緊力，錨桿預(yù)緊扭矩一般要在300N·m以上。

錨桿

錨桿材質(zhì)：頂板和兩幫錨桿選擇高強(qiáng)讓壓錨桿，其屈服強(qiáng)度和極限強(qiáng)度大，控制圍巖變形效果好，桿體表面具有凹凸紋理，能夠保證錨桿與錨固劑之間較大的粘結(jié)力。

錨桿直徑：頂錨桿和幫錨桿直徑均為20mm。

錨桿長(zhǎng)度：依據(jù)地質(zhì)條件和數(shù)值模擬確定軌道巷頂及兩幫錨桿長(zhǎng)度均為2400mm。

錨桿間排距：根據(jù)地質(zhì)條件和數(shù)值模擬確定錨桿布置采用554，頂錨桿和幫錨桿排距均為800mm，頂錨桿間距800mm，窄煤柱幫錨桿間距為600mm，實(shí)體煤幫錨桿間距為800mm。

錨固劑：錨固劑采用樹(shù)脂藥卷，凝結(jié)速度為超快、中速。

錨桿支護(hù)附件：包括金屬網(wǎng)、梯子梁、托盤(pán)等，頂板、兩幫配套使用金屬網(wǎng)，梯子梁采用直徑14mm的圓鋼焊接，所有托盤(pán)使用鋼托盤(pán)，托盤(pán)厚度10mm，金屬網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)間距不大于20mm。

錨索

錨索直徑：錨索直徑為18.9mm。

錨索長(zhǎng)度：錨索長(zhǎng)度7300mm。

錨索間排距：間距2100mm；排距1600mm，兩排之間靠近煤柱側(cè)再打一根。

錨固劑及錨固長(zhǎng)度：每根錨索采用CK2360一支、Z2360二支樹(shù)脂藥卷錨固，錨固長(zhǎng)度為2100mm。

錨索支護(hù)附件：每根錨索采用一塊400€?00€?0的18號(hào)鋼板，一塊規(guī)格為100€?00€?0mm的18號(hào)鋼板，鎖具一套。

結(jié)論

該項(xiàng)目在安陽(yáng)鑫龍煤業(yè)集團(tuán)紅嶺煤礦15141上巷的成功實(shí)施后產(chǎn)生了良好的社會(huì)效益及可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

社會(huì)效益

（1）減小了區(qū)段煤柱寬度，提高資源采出率。

（2）有效控制了圍巖的變形，縮短回采作業(yè)循環(huán)，加快了工作面推進(jìn)速度。

（3）巷道合理布置方式和支護(hù)技術(shù)避免了巷道在服務(wù)年限內(nèi)返修，減少了工人勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了人工工效，降低了噸煤成本。

·經(jīng)濟(jì)效益

（1）試驗(yàn)地段共計(jì)450m，U型鋼支護(hù)成本5833元/m，錨桿支護(hù)段支護(hù)成本2100元/m。節(jié)省支護(hù)成本168萬(wàn)元。

（2）采用該技術(shù)后多回收煤炭1.46萬(wàn)噸，新增產(chǎn)值1166.4萬(wàn)元，新增利潤(rùn)291.6萬(wàn)元。

（作者單位：安陽(yáng)鑫龍煤業(yè)集團(tuán)紅嶺煤礦）