讓壓錨桿與強力錨桿在孤島綜放面的現(xiàn)場試驗研究

王海強，張海粟，雷 鳴，楊永康

（1.潞安環(huán)能股份公司 常村煤礦，山西 長治 046103；2.太原理工大學 采礦工藝研究所，山西 太原 030024）

讓壓錨桿與強力錨桿在孤島綜放面的現(xiàn)場試驗研究

王海強1，張海粟1，雷 鳴1，楊永康2

（1.潞安環(huán)能股份公司 常村煤礦，山西 長治 046103；2.太原理工大學 采礦工藝研究所，山西 太原 030024）

針對常村煤礦S3-3孤島工作面所處大埋深、高地應力、破碎頂煤的圍巖特點和巷道嚴重變形、錨桿錨索斷裂嚴重的現(xiàn)狀，研究出了高強讓壓錨桿，并對普通高強錨桿、強力錨桿、讓壓錨桿支護巷道在現(xiàn)場進行實測。研究表明，高強讓壓錨桿能夠既讓壓又有高強錨固力，避免了高應力作用下桿體斷裂，減少了巷道維護量，有效解決高地應力下巷道支護難題。

巷道支護；高強讓壓錨桿；強力錨桿；孤島綜放面

常村煤礦現(xiàn)采3號煤層，埋深大、地應力高，井田內(nèi)陷落柱、斷層、褶曲等構造多,開采時受到構造應力的影響，屬于深井高應力下的軟弱煤層開采。煤層均厚6 m，放頂煤采煤法，現(xiàn)采S3-3工作面為孤島面。工作面順槽沿煤層底板掘進，頂板需留3 m厚的煤作為巷道的直接頂板，加之巷道掘進時離采空區(qū)近，煤體強度較低，工作面順槽地應力較高，給順糟支護帶來困難。S3-3皮帶順槽從2006年12月開始掘進，采用普通高強錨桿W鋼帶支護形式推進180 m，頂板網(wǎng)包嚴重、發(fā)生局部漏頂現(xiàn)象，圍巖變形量大。為防止巷道出現(xiàn)大面積漏冒、坍塌，建設方被迫停止巷道掘進；采用強力錨桿支護后推進200 m后，發(fā)現(xiàn)又推進中強力錨桿有斷裂現(xiàn)象。

1 大采深高應力巷道支護研究現(xiàn)狀

錨噴聯(lián)合支護是經(jīng)濟、高效、合理方式，它用積極主動的支護原理，保持圍巖的整體性和穩(wěn)定性，以控制圍巖變形、位移、裂隙發(fā)展。近年來，煤巷錨桿支護理論和技術取得很大進展，工程實踐證明錨噴聯(lián)合支護經(jīng)濟合理，錨固系統(tǒng)機理也日趨完善[1-4]。

引起巷道變形的力學原因十分復雜，一般分為物化膨脹型、應力擴容型、結(jié)構變形型三大類[2]。物化膨脹型與軟巖本身結(jié)構的物化特性有關，應力擴容型與力源有關，結(jié)構變形型與巷道結(jié)構、巖體結(jié)構特性有關。常村S3-3工作面為孤島面，原巖應力大且受多次反復動壓影響，屬于應力擴容型。

大采深高應力破碎巷道施工中變形量大、變形速度快、流變顯著，支護體破壞失效嚴重的問題，如何確保孤島工作面大采深高應力大變形巷道錨桿、錨索等支護結(jié)構有效、安全、可靠，是需要解決的主要問題。

現(xiàn)代軟巖支護理論認為[2]，圍巖應力重分布后出現(xiàn)較大的塑性區(qū)和松動區(qū)，會引起隨時間而增長的大變形。錨桿在大變形條件下無讓壓均壓功能,是造成錨桿錨索破斷的主要原因[2]，一直增加錨桿支護系統(tǒng)的強度并不能解決大采深高應力孤島工作面煤巷支護難題。

在錨桿支護應力不受影響前提下，錨固系統(tǒng)若能適應圍巖較大變形，使圍巖在較大的約束限制下進行讓壓[5]、實現(xiàn)剛?cè)峤Y(jié)合，以釋放部分應力、使錨桿能夠均勻受力、實現(xiàn)減少或避免錨桿破壞，提高支護系統(tǒng)的可靠性。因此讓壓錨固系統(tǒng)的研究迫在眉睫。

2 高強讓壓錨桿研究

常村煤礦與相關合作單位研究出高強讓壓錨桿支護系統(tǒng)，如圖1所示。在高強錨桿托盤和螺母之間加一讓壓環(huán),通過讓壓環(huán)在一定壓力下的變形使圍巖卸壓,使錨固系統(tǒng)成為一體而整體受力，實現(xiàn)有效地控制高應力孤島工作面難支護巷道的大變形。

3 現(xiàn)場使用工業(yè)性實驗研究

圖1 高強讓壓錨桿

3.1 掘進期間

從2007年2月8日開始，先在S3-3皮帶順槽進行工業(yè)性試驗130m。巷道表面位移觀測結(jié)果見表1。

表1 不同支護方式的巷道表面位移

由表看出，普通高強錨桿支護巷道，兩幫移近量1 500 mm，頂板下沉量500 mm，圍巖變形量大，錨桿排間距小、施工進度慢，增加材料消耗和降低掘進安全性。采用強力錨桿后，施工速度加快，巷道圍巖變形量明顯減小，但施工時錨桿斷裂、鋼帶扭轉(zhuǎn)撕裂現(xiàn)象嚴重、部分錨桿需要二次補打，說明錨桿支護系統(tǒng)強度滿足圍巖控制要求，但剛度不夠。采用高強讓壓錨桿后，圍巖表面變形量與高強錨桿相差不大，但掘進實驗期間沒有錨桿錨索斷裂現(xiàn)象，錨桿受力狀態(tài)明顯改善，避免了巷道高應力造成的桿體斷裂。為適應孤島工作面復雜的圍巖應力，確定采用高強讓壓錨桿掘進。分別在S3-3皮帶順槽和軌道順槽、S4-3皮帶順槽和軌道順槽、N2-3下皮帶順槽、S5回風下山、N32號回風巷中，推廣試用高強高預應力可變形讓壓錨桿，截止2007年4月27日,巷道已施工5 000 m讓壓錨桿,取得良好支護效果，實現(xiàn)安全、快速、經(jīng)濟的掘進目標，并取得了月進3 297.8 m的好水平。

3.2 回采期間

S3-3工作面兩巷斷面相同、支護參數(shù)相同，部分地段分別采用高強錨桿和高強讓壓錨桿，回采期間兩巷的礦壓顯現(xiàn)規(guī)律應相同。回采期間對S3-3工作面兩巷作了的記錄，見表2。在超前工作面50 m范圍內(nèi)，圍巖表面位移相差不大，但是采用高強讓壓錨桿斷裂1根，采用強力錨桿斷裂8根。

表2 皮順讓壓錨桿、軌順強力錨桿（50m內(nèi)的變化情況）

4 經(jīng)濟比較

采用讓壓錨桿支護費用為2 506元/m，采用強力錨桿支護費用2 593元/m，節(jié)約資金87元/m；以年掘進30 000 m計算，每年節(jié)約資金261萬元。強力錨桿存在斷裂現(xiàn)象，掘進期間掘進工作面往外就一直斷裂。S3-3皮順若用強力錨桿（1月26日～2月24日強力錨桿支護段斷裂353根，相當于掘進27 m巷道材料），采用讓壓錨桿支護每月約節(jié)約3萬元材料費用，補打錨桿費用約3萬元(按斷一根補打一根考慮)，補打人工費用按90元/工，每班補打40根，需要2人，每月多投工近20個(1 800元)。每月節(jié)約資金合計6.217萬元；每年節(jié)約資金合計74.6萬元。

5 結(jié)束語

(1)高強讓壓錨桿能夠既讓壓又有高度錨固力，能有效控制圍巖的變形和破壞，避免了高應力下的桿體斷裂、減少了巷道維護量，能夠有效解決大采深高應力孤島工作面巷道支護難題。(2)新的支護理念和高強讓壓錨桿，能以較低成本實現(xiàn)巷道圍巖變形控制效果好，充分體現(xiàn)了高強度、高剛度、低密度的支護設計理念。

[1] 康天合，郜進海，潘永前.薄層狀碎裂頂板綜采切眼錨固參數(shù)與錨固效果[J].巖石力學與工程學報，2004，23（增2)：4930-4935.

[2] 何滿朝.中國煤礦軟巖巷道支護理論與實踐[M].徐州，中國礦業(yè)大學出版社，1996.

[3] 楊永康，康天合，等.層狀碎裂圍巖特大斷面換裝硐室施工性態(tài)及穩(wěn)定性分析[J].巖石力學與工程學報，2010，29(11)：2293-2303.

[4] 楊永康，季春旭，等.大厚度泥巖頂板煤巷破壞機制及控制對策研究[J].巖石力學與工程學報，2011，30(1)：58-67.

[5] 張小康，王連國，等.高強讓壓錨桿支護效果數(shù)值模擬研究[J].采礦與安全工程學報，2008,25(1)：46-49.

Abstract:On the S3-3 isolated working face of Changcun mine,the surrounding rocks are characteristic of large buried depth,high geostress and broken top coal;the roadways deformation and bolt-anchor fractures are severe.To solve the problems,a high-strength yielding bolt is presented.The normal high-strength bolt,powerful bolt,and yielding bolt are also tested in site.The results show that the high-strength yielding bolt not only is yieldable,but also has high-strength anchoring force,which can avoid bolt breaking under high stress,reduce roadway maintenance work,and solve the supporting problems under high geostress.

Key words:roadway support;high-strength yield bolt;powerful bolt;isolated fully-mechanized mining faces

編輯：徐樹文

Field Test of Yield Bolts and Powerful Bolts in Isolated Fully-mechanized Mining Faces

WANG Hai-qiang1,ZHANG Hai-li1,LEI Ming1,YANG Yong-kang2
(1.Changcun Mine,Lu'an Green Energy Co.,Changzhi Shanxi 046103;2.Mining Technology Institute,Taiyuan University of Technology,Taiyuan Shanxi 030024)

TD353

A

1672-5050（2012）07-0043-03

2012-03-01

王海強（1982—），男，山西長治人，在讀工程碩士，助理工程師，從事煤礦生產(chǎn)技術工作。