大斷面松軟巷道高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力錨桿支護(hù)技術(shù)

劉文偉

(山西新元煤炭有限責(zé)任公司，山西 晉中 030600)

1 工程概況

新元煤礦9105工作面開采9號(hào)煤，煤層平均厚度3.40 m，平均傾角2°，煤層普氏系數(shù)在1.5以下，屬松軟煤層。煤層直接頂為1.7 m厚的砂質(zhì)泥巖，其上為1.0 m厚的8號(hào)煤、2.96 m厚的泥巖及6.46 m厚的砂質(zhì)泥巖等；直接底為0.95 m厚的砂質(zhì)泥巖，老底為2.75 m厚的細(xì)粒砂巖。

9105進(jìn)風(fēng)巷東側(cè)為9104工作面(未布置)，西側(cè)為工作面實(shí)體煤，北側(cè)為9號(hào)煤回風(fēng)大巷，具體巷道布置如圖1所示。巷道沿煤層底板掘進(jìn)，掘進(jìn)斷面為寬×高=5.2 m×5.5 m，屬于大斷面巷道，又由于9#煤層屬松軟煤層，故為保障巷道圍巖的穩(wěn)定，必須采取合理的支護(hù)措施對(duì)圍巖進(jìn)行控制。

圖1 9105進(jìn)風(fēng)巷布置示意

2 高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力錨桿支護(hù)技術(shù)

2.1 支護(hù)原則

錨桿支護(hù)是當(dāng)前應(yīng)用最普遍最有效的動(dòng)壓巷道支護(hù)形式，新元煤礦9號(hào)煤層松軟、錨固力低且巷道斷面較大，煤層頂板屬于復(fù)合頂板，掘進(jìn)時(shí)沿煤層底板掘進(jìn)困難，導(dǎo)致巷道超高嚴(yán)重，根據(jù)9105進(jìn)風(fēng)巷大斷面松軟圍巖的具體特征，提出采用高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力錨桿支護(hù)技術(shù)控制圍巖變形。

具體支護(hù)原則為：①強(qiáng)力一次支護(hù)原則：在巷道掘進(jìn)期間，支護(hù)方式采用高強(qiáng)錨桿、高預(yù)緊力的方式進(jìn)行支護(hù)，起到一次支護(hù)控制住圍巖變形的效果；②提高單根錨桿(索)的強(qiáng)度：在支護(hù)強(qiáng)度不降低的情況下，通過提升單根錨桿(索)的支護(hù)強(qiáng)度，進(jìn)而降低錨桿(索)的支護(hù)密度；③提升錨桿(索)錨固系統(tǒng)的整體剛度，以提升錨固區(qū)抵抗變形的能力；④提高錨桿(索)的預(yù)緊力，防止巖層間離層現(xiàn)象的出現(xiàn)，以保持錨固煤巖體的完整性和承載能力；⑤提高組合構(gòu)件的強(qiáng)度與剛度，增強(qiáng)錨桿(索)之間的聯(lián)結(jié)性、整體性，控制錨桿(索)間煤巖體的變形破壞，對(duì)巷道表面形成一定的支護(hù)[1-2]。

2.2 錨桿(索)支護(hù)參數(shù)選擇

1) 錨桿參數(shù)。一般對(duì)于圍巖破碎、應(yīng)力大的巷道，應(yīng)選用直徑大的錨桿。針對(duì)9105進(jìn)風(fēng)巷圍巖松軟、裂隙發(fā)育、巷道斷面大，屬于復(fù)雜困難巷道條件，應(yīng)選取強(qiáng)度大、直徑大的錨桿，因此確定采用BHRB500型號(hào)的錨桿，直徑22 mm、長度為2.4 m，錨桿間排距均為0.9 m，預(yù)應(yīng)力為60～100 kN，對(duì)應(yīng)錨桿的預(yù)緊扭矩為400～550 N·m。

2) 錨索參數(shù)。頂板錨索采用 21.6 mm×6 300 mm的17股高強(qiáng)度低松弛預(yù)應(yīng)力鋼絞線；兩幫采用 17.8 mm×4 300 mm的高強(qiáng)錨索。

3) 組合構(gòu)件。基于組合構(gòu)件的幾何參數(shù)應(yīng)與錨桿(索)支護(hù)相匹配的原則，另外錨桿(索)間采用組合構(gòu)件能在一定的程度上提高支護(hù)體的剛度和強(qiáng)度，擴(kuò)大預(yù)應(yīng)力的擴(kuò)散范圍，增大錨桿的作用范圍，進(jìn)而提升錨桿(索)支護(hù)的整體性，選用護(hù)表面積大、強(qiáng)度與剛度高的W形鋼護(hù)板作為組合構(gòu)件。

3 支護(hù)方案與效果分析

3.1 支護(hù)方案

1) 頂板支護(hù)。錨桿采用D22 mm×2 400 mm 的BHRB500型左旋無縱筋螺紋鋼筋，每排布置6根，間排距900 mm×900 mm，錨固方式采用樹脂加長預(yù)應(yīng)力錨固，錨固長度為1 017 mm，預(yù)緊扭矩大于400 N·m，小于550 N·m。錨索采用型號(hào)為SKP21.6-1/1 860-6 300，D21.6 mm×6 300 mm的17股高強(qiáng)度低松弛預(yù)應(yīng)力鋼絞線，配合配套鎖具，沿巷道中間打設(shè)錨索，3-2布置，排距900 mm，每排3根時(shí)，間距1 600 mm，每排2根時(shí)，間距2 000 mm，全都垂直頂板巖層打設(shè)，錨固方式采用加長預(yù)應(yīng)力錨固，錨固長度1 460 mm，預(yù)緊力≥250 kN。護(hù)表構(gòu)件采用W鋼帶+金屬網(wǎng)，金屬網(wǎng)采用10號(hào)鉛絲編織的金屬網(wǎng)，網(wǎng)格為50 mm×50 mm，W型鋼帶規(guī)格為BHW235/280/4-4 800-6。

2) 兩幫支護(hù)。錨桿規(guī)格、錨固長度及方式、預(yù)應(yīng)力大小和間排距均與頂板錨桿相同，每幫每排布置7根，全部垂直巷幫打設(shè)。 錨索采用D17.8 mm×4 300 mm的高強(qiáng)度礦用鋼絞線錨索，3-2布置，排距為900 mm，每排3根時(shí)，間距為2 250 mm，每排2根時(shí)，間距為1 900 mm，錨固方式采用加長預(yù)應(yīng)力錨固，錨固長度1 756 mm，設(shè)置錨索預(yù)緊力≥150 kN。護(hù)表構(gòu)件采用W鋼護(hù)板護(hù)表，規(guī)格為300 mm×460 mm×4 mm，四邊壓邊。網(wǎng)片采用金屬網(wǎng)護(hù)表，網(wǎng)片為網(wǎng)格50 mm×50 mm的10號(hào)鉛絲編織，規(guī)格3.5 m×1.1 m。具體支護(hù)方式如圖2所示。

由圖6可知：巷道監(jiān)測(cè)斷面隨著與掘進(jìn)迎頭距離的增大，頂?shù)装寮皟蓭鸵平恐饾u增大，變形主要發(fā)生在掘進(jìn)工作面后方0～40 m的范圍內(nèi)，當(dāng)監(jiān)測(cè)斷面距離工作面超過40 m后，頂?shù)装寮皟蓭鸵平烤呌诜€(wěn)定，巷道頂?shù)装逡平枯^小，由于兩幫基本為松軟煤體，致使兩幫移近量較大，巷道在掘進(jìn)期間頂?shù)装寮皟蓭偷淖畲笠平糠謩e為39 mm和92 mm，圍巖變形滿足回采巷道的使用要求。

3.2 效果分析

為分析9105進(jìn)風(fēng)巷圍巖控制效果，巷道掘進(jìn)期間對(duì)表面位移進(jìn)行了監(jiān)測(cè)，根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)繪出巷道表面位移曲線，見圖3。

圖2 9105進(jìn)風(fēng)巷支護(hù)示意(mm)

圖3 巷道表面位移監(jiān)測(cè)曲線

4 結(jié) 語

根據(jù)新元煤礦9105工作面進(jìn)風(fēng)巷大斷面松軟圍巖特征，基于高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力錨桿支護(hù)原則，確定了錨桿(索)支護(hù)的各項(xiàng)參數(shù)，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施后，根據(jù)巷道表面位移監(jiān)測(cè)結(jié)果，巷道圍巖變形得到了有效控制，效果良好，滿足了巷道的正常使用要求。