松散破碎煤礦巷道高預(yù)應(yīng)力錨桿支護(hù)技術(shù)研究及應(yīng)用

前   言

　　我國(guó)煤 炭 95   以上 屬于井工 開(kāi)采，隨著礦井開(kāi)采深度的增加和一些難采煤層的開(kāi)采 ，一方 面地質(zhì)條 件、開(kāi)采 條件越來(lái) 越復(fù)雜 ；另一方面原巖應(yīng)力、構(gòu)造應(yīng)力 、開(kāi)采擾動(dòng)應(yīng)力相互疊加 ，致使巷道支護(hù)效果差 ，巷

道變形與破壞劇烈 ，需要多次維修與翻修。不僅支護(hù)成本很高，掘進(jìn)速度低 ，而且?guī)?lái)很多安全隱患 ，嚴(yán)重制約采煤工作面的快速推進(jìn)及礦井產(chǎn)量和效益的提高 。石炭井焦煤公司是神寧集 團(tuán)在銀北礦區(qū)的焦煤生產(chǎn)主力礦井 ，所采 4 號(hào)煤層節(jié)理裂隙特別發(fā)育 ，在石門(mén)揭煤時(shí)，經(jīng)常出現(xiàn)頂部煤層冒落現(xiàn)象 ，給巷 道支護(hù)帶來(lái)很大 困難 。4 號(hào)煤采用分層開(kāi)采方法開(kāi)采上分層 時(shí)，上下順槽兩幫變形嚴(yán)重，在 回采過(guò)程 中必須進(jìn)行刷幫處理才能滿足生產(chǎn)要求 。綜放開(kāi)采是一種高效采煤方法 ，目前綜放開(kāi)采技術(shù) 已在我 國(guó)煤 炭 生產(chǎn)企 業(yè) 大面積 推 廣使用 ?！　?/p>

　　神寧集團(tuán)石炭井焦煤公司在 4 號(hào)煤以外的其他厚煤層均采用了這種采煤方法 ，在 4 號(hào)煤卻從未嘗試過(guò)綜放開(kāi)采 。究其原因，主要是 4 號(hào)煤節(jié)理裂隙非常發(fā)育，全煤巷道的支護(hù)問(wèn)題成為制 約該 煤 層 綜 放 開(kāi) 采 應(yīng)用 的 最大 技 術(shù)難題 。

2 生產(chǎn)地質(zhì)條件

　　四層煤為復(fù)雜結(jié)構(gòu)的厚煤層 ，含八層夾矸，煤層屬于半光亮型 ，是煉焦煤 ，煤體極松散 ，節(jié)理裂 隙特別發(fā)育 ，傾角 23。，平均煤厚為 5．6m ，煤層普 氏硬度為 0．73。上部為 3 號(hào)煤層 ，層 間距為 19m 。根據(jù)圍巖強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果 頂 板 泥 巖強(qiáng) 度 主 要集 中在 20 ～40M P a 之 間 ，砂 巖 強(qiáng) 度 在 50 ～ 70M P a 之間，

煤體強(qiáng)度主要集中在 5~ 20M Pa 之間。煤層直接頂為泥巖 ，灰黑色 ，薄層狀 ，水平層理含植物化石，平均厚度 2．6m ；老頂為 3．0m 的粉砂巖 ，灰黑色，含植物化石及泥質(zhì)結(jié)核，水平層理 。

　　煤層偽底為泥巖 ，灰黑色 ，炭質(zhì) 光面，性脆 ，平均厚度 0．4m ；直 接底為 5．7m 左右的粉砂巖，灰黑色 ，中厚層狀 ，含植物化石 。煤層柱 狀 圖見(jiàn) 圖 1。2474 綜放工作 面上部為 2374 采 空區(qū)，其他區(qū)域?yàn)槲撮_(kāi)拓煤巖系地層。工作面距地表垂深約 449~ 520m ，機(jī)巷 、風(fēng)巷均布置在4 煤層 中，沿底掘進(jìn) 。機(jī)巷在 2374 采空 區(qū)下 ，風(fēng)巷 在煤 柱下 (見(jiàn)圖 2)。

3 錨桿錨索支護(hù)設(shè)計(jì)

3 .1 設(shè) 計(jì) 原 則

　　針對(duì)松散破碎煤巖體 ，在掘進(jìn)和支護(hù)過(guò)程 中應(yīng)把握 以下幾個(gè)原則 ：

①盡量減小對(duì)圍巖的擾動(dòng)，保證圍巖的完 整性 和穩(wěn) 定 性 。

②應(yīng)及時(shí)支護(hù) ，盡量縮短空頂時(shí)間。

③支護(hù)系統(tǒng)應(yīng)采用高強(qiáng)度 、高剛度的支護(hù)材料和護(hù)表面積大的護(hù)表構(gòu)件 ，確保錨桿預(yù)應(yīng)力 的有效擴(kuò)散和良好的護(hù)幫護(hù)頂效果。有效控制煤巖體早期離層與破壞，盡量減小煤巖體強(qiáng)度與完整性 的喪失 。

④錨桿、錨索預(yù)緊力大小要協(xié)調(diào) ，避免出現(xiàn)支護(hù)系統(tǒng)不合理，導(dǎo)致部分支護(hù)構(gòu)件失效 。

3.2   高預(yù) 應(yīng) 力錨 桿 支護(hù)技 術(shù) 井 下試驗(yàn)針對(duì)煤層松散破碎特點(diǎn) ，結(jié)合數(shù)值模擬結(jié)果 ，確 定 支 護(hù) 方 案 為 ：錨 桿 采 用 直 徑22m m 、長(zhǎng)度 2．4m 的 500 號(hào)左 旋無(wú)縱筋專用螺紋 鋼錨桿 ，極 限拉 斷力 266kN ，屈服

力為 190kN ，延伸率 22 。樹(shù)脂 錨 固劑加長(zhǎng)錨固，預(yù)緊力矩設(shè)計(jì)為 400N ·m 。采用寬 280m m 、長(zhǎng) 450m m 、厚 5m m 的 W 型鋼護(hù)板等 組合 支護(hù) 構(gòu)件 。錨 桿 間距 700m m ，每排 13 根，排 距 700m m ；錨 索采 用 直徑22m m 、長(zhǎng) 6．3m 的 1 ×19 股高強(qiáng)度低松弛預(yù)應(yīng)力鋼絞線 ，錨索托板采用 300 ×300 ×16 (m m ) 拱型托板 ，每排 兩根 和每排一根交錯(cuò)布置，排距 700m m ，錨索 預(yù)緊力達(dá)到

200kN 。具體支護(hù)參數(shù)見(jiàn) 圖 3。

掘進(jìn)期間，為了盡量減少圍巖擾動(dòng)，掘進(jìn)采用人工掘進(jìn)，綜掘機(jī)只負(fù)責(zé)出煤 ；并且掘夠一個(gè)錨桿間距 ，及時(shí)安裝錨桿和施加預(yù)緊力 。

　　從井下現(xiàn)場(chǎng)來(lái)看 ，巷道支護(hù)效果 比原來(lái)支護(hù)有明顯改 善。掘進(jìn) 期間 ，原 來(lái)隨掘 隨冒，采用高強(qiáng)度高預(yù)應(yīng)力支護(hù)系統(tǒng)后 ，圍巖變 得完 整 、穩(wěn) 定 ；回采期 間 ，頂 板 和兩 幫煤體 基本保 持 完整 ，巷 道 變形 量 也 控制 在 7 9／6之 內(nèi) ，兩 幫 最 大 移 近 量 383m m ，頂 板 最 大下沉 量 262．5m m ，滿 足 了巷道 安 全使 用。

結(jié) 論

①高預(yù)應(yīng)力錨桿支護(hù)技術(shù)在石炭井焦煤公司松散破碎煤巷中得到成功應(yīng)用，巷道圍巖變形控制在 7   以內(nèi)，巷道支護(hù)狀況發(fā)生了本質(zhì)的改變 。為 4 煤實(shí)現(xiàn)綜放開(kāi)采提供了技術(shù)保證 。

② 實(shí)踐證明 ，大幅度提 高錨 桿支護(hù)系統(tǒng)的剛度與強(qiáng)度以及護(hù)表構(gòu)件面積可有效減小圍巖變形與破壞范圍，高預(yù)應(yīng)力錨桿支護(hù)技術(shù)為松散破碎巷道提供了有效的支護(hù)方式 。