煤礦巷道預(yù)應(yīng)力錨索支護(hù)技術(shù)的實(shí)踐應(yīng)用

劉 洋

（西山煤電（集團(tuán)）有限公司馬蘭多種經(jīng)營(yíng)分公司， 山西 古交 030205）

1 項(xiàng)目概況

當(dāng)前小孔徑樹(shù)脂錨固預(yù)應(yīng)力錨索加固技術(shù)得到了全面的實(shí)踐應(yīng)用，該錨索加固技術(shù)采用樹(shù)脂藥卷錨固，單體錨桿鉆機(jī)施工，安裝工序簡(jiǎn)單，施工速度大幅度提高，因此得到各大煤礦的全面使用。西山煤電（集團(tuán)）西曲礦對(duì)小孔徑樹(shù)脂錨固預(yù)應(yīng)力錨索加固技術(shù)也進(jìn)行了理論分析研究和實(shí)踐應(yīng)用研究。

1）預(yù)應(yīng)力錨索支護(hù)技術(shù)的機(jī)理分析，錨索支護(hù)參數(shù)設(shè)計(jì)，錨索長(zhǎng)度、預(yù)應(yīng)力、密度等參數(shù)的設(shè)計(jì)，為實(shí)踐應(yīng)用提供技術(shù)支持。

2）自行設(shè)計(jì)1×19S-Φ21.8 多層絲預(yù)應(yīng)力鋼絞線，該1×19S 結(jié)構(gòu)鋼絞線設(shè)計(jì)為3 層絲結(jié)構(gòu)，鋼絲根數(shù)為19 根鋼絲，同等規(guī)格的鋼絞線，鋼絲的直徑就會(huì)變細(xì)。可以用于高強(qiáng)度煤礦錨索支護(hù)設(shè)計(jì)用材料。

3）與江陰市礦山器材廠聯(lián)合開(kāi)發(fā)MQT-85J 系列氣動(dòng)錨桿錨索鉆機(jī)，可以實(shí)驗(yàn)錨索鉆機(jī)的大扭矩和大推力要求。

4）對(duì)錨索預(yù)應(yīng)力損失的影響因素和補(bǔ)償措施進(jìn)行了研究。

2 預(yù)應(yīng)力錨索支護(hù)技術(shù)的實(shí)踐應(yīng)用

西曲礦基于小孔徑樹(shù)脂錨固預(yù)應(yīng)力錨索支護(hù)技術(shù)的理論分析基礎(chǔ)上，對(duì)技術(shù)方案在該煤礦進(jìn)行了全面的實(shí)踐應(yīng)用。以該礦3324 工作面大斷面開(kāi)切眼錨桿與錨索聯(lián)合支護(hù)和3325 工作面強(qiáng)烈動(dòng)壓影響巷道全錨索支護(hù)為案例，進(jìn)行了支護(hù)設(shè)計(jì)方案及效果分析研究[1-2]。

2.1 大斷面開(kāi)切眼錨桿與錨索聯(lián)合支護(hù)的設(shè)計(jì)

2.1.1 開(kāi)切眼地質(zhì)與生產(chǎn)條件

西曲礦3324 工作面，煤層厚度為3.25～7.01 m，煤層平均厚度4.82 m；煤層傾角為2°～7°，煤層平均傾角5°；煤層直接頂為砂質(zhì)泥容，平均厚度4.9 m，單軸抗壓強(qiáng)度為29～58 MPa；3324 工作面開(kāi)切眼屬3 號(hào)煤層，沿其底板進(jìn)行掘進(jìn)，掘進(jìn)斷面為矩形，斷面寬度×高度=7.6 m×2.8 m，巷道兩端斷面寬度×高度=9.6 m×2.8 m。

圖1 3324 工作面開(kāi)切眼支護(hù)設(shè)計(jì)示意圖（單位：mm）

2.1.2 支護(hù)方案

針對(duì)3324 工作面開(kāi)切眼巷道的實(shí)況，對(duì)其用有限差分法（FLAC3D）對(duì)設(shè)計(jì)方案及參數(shù)進(jìn)行模擬，確定采用強(qiáng)力錨桿錨索聯(lián)合支護(hù)，來(lái)實(shí)現(xiàn)大斷面巷道支護(hù)的安全。支護(hù)設(shè)計(jì)方案如圖1 所示。頂板和靠采空區(qū)側(cè)幫采用左旋無(wú)縱筋螺紋鋼錨桿：采用樹(shù)脂加長(zhǎng)錨固預(yù)緊力矩400 N·m；直徑Φ=22 mm；長(zhǎng)度l=2 400 mm；屈服強(qiáng)度600 MPa，抗拉強(qiáng)度800 MPa；頂板和采空區(qū)側(cè)幫錨桿排間距分別為：1 000 m×900 mm、1 000 m×850 mm。工作面推進(jìn)側(cè)幫采用玻璃鋼錨桿，直徑Φ=20 mm，長(zhǎng)度l=2 000 mm；組合構(gòu)件采用W 鋼帶，鋼帶厚度4 mm，并配合高強(qiáng)度拱形錨桿托盤(pán)；采用菱形金屬網(wǎng)護(hù)頂、護(hù)幫。頂板錨索采用1×19S-Φ21.8 多層絲預(yù)應(yīng)力鋼絞線，直徑Φ=21.8 mm；長(zhǎng)度l=8 300 mm，錨索錨固劑規(guī)格為快速K2335 樹(shù)脂錨固劑1 卷、中速Z2360 樹(shù)脂錨固劑2 卷，錨索預(yù)緊力不小于120 kN，錨固力250 kN。

2.1.3 支護(hù)效果

對(duì)3324 工作面巷道施工及結(jié)束過(guò)程進(jìn)行了開(kāi)切眼圍巖位移及支護(hù)體受力進(jìn)行監(jiān)測(cè)，得到巷道預(yù)應(yīng)力錨索支護(hù)受力監(jiān)測(cè)曲線，如圖2 所示。

圖2 巷道預(yù)應(yīng)力錨索支護(hù)受力監(jiān)測(cè)曲線

從圖2 可知兩幫位移量不大，巷道第1 次掘進(jìn)時(shí)兩幫總移近量、強(qiáng)力錨桿支護(hù)煤幫位移量、玻璃鋼錨桿支護(hù)煤幫位移量分別為77.2 mm、19.8 mm、54.9 mm；巷道第2 次掘進(jìn)時(shí)兩幫總移近量、強(qiáng)力錨桿支護(hù)煤幫位移量、玻璃鋼錨桿支護(hù)煤幫位移量分別為31.4 mm、9.9 mm、24.7 mm。掘進(jìn)中頂板下沉不明顯，變形量較小，錨桿預(yù)緊力保持在73～140 kN；錨索預(yù)緊力保持在100～420 kN 之間，錨索、錨桿受力狀態(tài)良好。該強(qiáng)力錨桿錨索聯(lián)合支護(hù)設(shè)計(jì)合理，可以有效控制開(kāi)切眼圍巖的變形量。

2.2 強(qiáng)烈動(dòng)壓影響巷道全錨索支護(hù)的設(shè)計(jì)

2.2.1 巷道地質(zhì)與生產(chǎn)條件

西曲礦4325 工作面屬于強(qiáng)烈動(dòng)壓影響巷道，煤層厚度為2.84～5.35 m，煤層平均厚度4.05 m；煤層傾角為3°～8°，煤層平均傾角6°；煤層直接頂為泥巖，平均厚度3.5 m；煤層基本頂為細(xì)砂巖，平均厚度3.9 m。瓦排巷沿4 號(hào)煤層頂板進(jìn)行掘進(jìn)，瓦排巷斷面為矩形，凈寬×凈高=4.0 m×3.2 m，該瓦排巷掘進(jìn)過(guò)程中受4326 回采工作面的采動(dòng)影響，動(dòng)壓影響系數(shù)增大，巷道變形量會(huì)增大。

2.2.2 支護(hù)方案

針對(duì)4324 工作面瓦排巷的實(shí)況，對(duì)其用有限差分法（FLAC3D）對(duì)設(shè)計(jì)方案及參數(shù)進(jìn)行模擬，確定采用全長(zhǎng)預(yù)應(yīng)力錨固，全斷面錨索支護(hù)設(shè)計(jì)，如圖3 所示。

支護(hù)參數(shù)：錨索采用1×19S-Φ21.8 多層絲預(yù)應(yīng)力鋼絞線，直徑Φ=21.8 mm；長(zhǎng)度l=4 300 mm，錨索錨固劑規(guī)格為快速K2335 樹(shù)脂錨固劑1 卷、中速Z2360 樹(shù)脂錨固劑2 卷。首先對(duì)錨索施加預(yù)應(yīng)力,然后用水泥漿全長(zhǎng)錨固錨索，接著使用錨索止?jié){塞封孔。頂板每排5 根錨索，排間距1 200 mm×900 mm；每幫每排3 根錨索，間距1 200 mm×900 mm。錨索托板為300 mm×300 mm×16 mm 高強(qiáng)度可調(diào)心注漿用托板，采用鋼筋網(wǎng)護(hù)頂、護(hù)幫，網(wǎng)孔尺寸100 mm×150 mm。該支護(hù)設(shè)計(jì)方案采用了高預(yù)應(yīng)力的短錨索設(shè)計(jì)，有效的提高錨索預(yù)應(yīng)力到300 kN。

2.2.3 支護(hù)效果

對(duì)4324 瓦排巷道表面位移情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，得表面位移曲線，如圖4 所示。

圖3 全斷面錨索支護(hù)設(shè)計(jì)示意圖

圖4 4324 瓦排巷表面位移監(jiān)測(cè)曲線

從圖4 可知，4323 瓦排巷掘進(jìn)前期巷道圍巖變形量非常小，左幫、右?guī)汀蓭汀㈨數(shù)椎谋砻姘嘧畲笠平糠謩e為90 mm、80 mm、140 mm、120 mm。在掘進(jìn)后期，受4326 回采工作面的采動(dòng)影響礦壓顯現(xiàn)強(qiáng)烈；左幫、右?guī)汀蓭汀㈨數(shù)鬃畲笠平繛?50 mm、128 mm、220 mm、260 mm，相對(duì)掘進(jìn)前期巷道變形量增幅較大，但是整個(gè)掘進(jìn)期間瓦排巷無(wú)離層現(xiàn)象，圍巖變形量和位移較小，在合理的范圍之內(nèi)。從瓦排巷表面位移監(jiān)測(cè)曲線可知，該全錨索支護(hù)設(shè)計(jì)方案有效合理。

3 存在的問(wèn)題及改進(jìn)建議

西曲礦井下巷道預(yù)應(yīng)力錨索支護(hù)技術(shù)已得到了全面的應(yīng)用，該礦在預(yù)應(yīng)力錨索支護(hù)技術(shù)的理論研究和實(shí)踐應(yīng)用方面取得了較好的研究成果。但是在實(shí)踐應(yīng)用過(guò)程中，也發(fā)現(xiàn)了一些存在的問(wèn)題，必須進(jìn)行進(jìn)一步的改進(jìn)[3-5]。

1）在西曲礦的實(shí)踐應(yīng)用過(guò)程中，對(duì)于錨索應(yīng)用過(guò)度重視，造成錨索過(guò)長(zhǎng)、過(guò)密現(xiàn)象，從而在一定程度上造成支護(hù)材料的浪費(fèi)。需要從提高錨索預(yù)應(yīng)力的角度來(lái)提高錨索支護(hù)效果。

2）錨索支護(hù)的材料與構(gòu)件的適用面還不廣，必須針對(duì)不同地質(zhì)條件，不同圍巖條件，設(shè)計(jì)更多的系列化的錨索結(jié)構(gòu)。

3）要加強(qiáng)錨索受力情況的監(jiān)測(cè)，將支護(hù)效果進(jìn)行數(shù)據(jù)化處理，有效提高錨索支護(hù)的安全性。

4 結(jié)論

預(yù)應(yīng)力錨索支護(hù)技術(shù)在西曲礦特大斷面開(kāi)切眼、強(qiáng)烈采動(dòng)時(shí)影響巷道的實(shí)踐應(yīng)用效果表明，預(yù)應(yīng)力錨索支護(hù)技術(shù)能有效控制煤礦井下巷道圍巖的變形量，支護(hù)效果理想，為實(shí)現(xiàn)西曲礦高產(chǎn)高效安全的開(kāi)采目標(biāo)奠定了基礎(chǔ)。