煤巷用锚索治帮固底研究.pdf

文章编 号1003- 5923200401- 0022- 02 煤 巷 用 锚 索 治 帮 固 底 研 究 李广余 徐州 矿务集 团 张集 煤矿,江 苏 徐州 221147 摘 要本文对倾斜煤层煤巷锚杆支护巷道围岩受力情况进行了分析研究,建立了上帮 “锚网挤压连续 体” 受力情况数学模型,在此基础上提出了应用帮锚索治理大倾角煤巷锚杆支护巷道因动压影响造成底鼓变 形、 上帮折帮破坏的技术方案,并形成了一套完整的施工工艺,取得了理想的控制效果和经济效益。 关键词煤巷锚杆支护;锚索;治帮固底 中图分类号T D 353.9 文献标识码A 1 问题的提出 煤巷锚杆支护已普遍推广,但在高应力倾角大 的煤层中,采用锚杆支护时,经常发生巷道变形严 重、 上帮大面积片帮,破坏巷道的整体性,严重影响 巷道使用,并危及职工安全。 张集矿 7423 回风道,巷道设计净宽 3.4 m、 中 高 2.6 m,顶板采用 Φ 18 mm 2.0 m等强锚杆间 排距 800 800 mm、 Φ 10 mm园钢托梁、 金属网护 顶,巷中布置一排 Φ 15.24 mm 8 m的锚索间距 4 m,帮采用 Φ 16 mm 1.8 m园钢锚杆间排为 700 800 mm、 Φ 12 mm 园钢托梁、 金属网护帮。 巷道掘进初期因受采动压力影响,巷道底鼓变形严 重,并多次发生大面积片帮事故,不仅影响生产,且 严重威胁职工安全。 2 变形破坏应力分析 1 倾角大的煤层中平巷进行锚杆支护时,上 帮煤体由于锚杆、 园钢托梁、 金属网的综合锚固、 挤 压作用,形成了较为完整的 “锚网挤压连续体” ,正 常情况下, “锚网挤压连续体” 受重力、 底板反支作 用,处于脆落的平衡状态,见图 1。 2 顶板坚硬,底板松软。掘进导致围岩原始 应力的重新分布,两帮应力升高,受水平侧压力作 用见图 2,引起巷道两帮变形、 底鼓,尤其是上帮 变形严重。 观测 2 个月的变形量上帮为 1526 mm, 下帮为 468 mm。 为此在实验室使用相似材料以砂子为骨料, 石膏为主胶结料,碳酸钙、 水泥为辅助胶结料模拟 岩层,用砂子、 石膏、 锯末和粉煤灰模拟煤层,进行 模 拟 试验,上 帮 变形 量 与下 帮 变形 量 的比 例 为 3.5 ∶ 1,基本与现场观测数据吻合。 图 1 锚网挤压连续体 图 2 锚网挤压连续体受力模型 收 稿日 期2003- 06- 14 作 者 简介Z李 广余 1966 ,江 苏高 邮人 ,工程 师,1986 年毕 业于 徐州 煤炭 工业 学校 ,1995 年 毕 业于 中 国矿 业 大学 采 矿专 业,现 在 徐矿 集 团张集 煤矿 总调度 室从 事技术 管理 工作,曾发 表论 文 10 多篇 。 22 2004.№ 1 矿山 压力与 顶板 管理 3 巷道掘进后,由于受采动压力影响,应力 重新分布,围岩变形, “锚网挤压连续体” 内部及与 围岩间产生裂隙,其中延某些滑面、 层理面发育更 快,随着裂隙的伸展,互相交错,从而导致 “锚网挤 压连续体” 失稳破坏而发生折帮。 4 上帮 “锚网挤压连续体” 受力数学模型,见 1式。 F滑P Gs i n α - F锚c o s β- α 2N Gc o s α Km P Gc o s α F锚s i n β-α 1 式中 F锚帮锚索的预张力; P 水平侧压力; G 锚固体自重力; N 顶板对锚固体压力; F滑锚固体的综合下滑力; f摩锚固体与顶底板间的摩擦力; Km锚固体与顶底板的摩擦系数; α 煤层倾角; β 锚索的仰角。 3 拟定治理方案 1 为保证巷道使用,经认真研究,决定采用 两种方案分别进行试验。 方案Ⅰ锚杆 异形钢棚支护图 3。 方案Ⅱ锚杆 上帮水平锚索支护图 4。 图 3 方案Ⅰ 图 4 方案Ⅱ 2 方案实施 巷道掘进同时锚杆支护,滞后 20 m套异形钢 棚支护;巷道掘进同时锚杆支护,滞后 5～10 m 补 打上帮锚索。 施工工具采用气腿帮锚机、 锚索预紧 张拉机。 技术参数斜锚索,仰角 50～60 ,预张力 6 ～8 k N 。 水平锚索,仰角 3～5 ,预张力 10～12 k N 。 4 治理效果分析比较 采用两方案分别试验 200 m,取得不同效果。 4.1 巷道变形量不同 经过现场矿压观测,支护效果如下表 1 方案Ⅰ虽然锚杆支护并套支架,防止了上片 帮,但由于支架的工作阻力小,依然阻止不了底板 变形,巷道变形量仍然很快,1 个月后支架就变形 破坏,为了满足生产需要只得卧底翻棚,重复修护。 方案Ⅱ不但有效避免了折帮,底鼓变形明显 减小,巷道维护状况明显改善,使用期间只需部分 卧底整道,基本不要大面积修护。 表 1 治理结果比较表 类 别原锚 杆支 护 方 案Ⅰ 锚杆 套棚 方案 Ⅱ 上帮 锚索加 固 顶底 移近量 /mm152.6980250P 顶底移 近速 度 /mmd - 1 25516342 两帮 移近量 /mm13801090366P 两帮移 近速 度 /mmd - 1 23017361 巷道破 坏情 况 上 帮折 帮底鼓 , 变形 严重 上 帮棚 腿拧成 麻 花 状,变形严 重 变形很 小,上 部 缓慢 变形 4.2 治理效果技术分析 1 采用斜锚索加固上帮煤体,技术上可行、 经济上合理,能有效改善煤壁支护体的应力状况, 明显提高煤体的支撑能力,防止折帮现象。 2 上帮水平锚索能改变倾斜煤层巷道底板 的受力状况,有效治理底鼓变形,减少底鼓对上帮 煤体的稳定性的影响。 3 经济效益比较 方案Ⅰ每 0.8 m套一棚工字钢棚上帮 U 29 棚腿,笆片刹帮接顶。 方案Ⅱ每 4 m各打一根长 4 m 水平锚索和 长 8 m上帮斜锚索加固煤体。 表 2 经济效益比较表 类 别 按 4m巷设 计方 案Ⅰ方案 Ⅱ 材料 费/元1080260P 人工 费/元560100P 维护 费/元17050 合 计1810410P 下转第 26 页 32矿山 压力与 顶板管 理 2004.№ 1