深部煤巷复合顶板锚索支护技术.pdf

文章编 号1003- 5923200401- 0027- 02 深 部 煤 巷 复 合 顶 板 锚 索 支 护 技 术 赵延峰,于志强,朱跃泉,齐明友 新汶 矿业集 团 协庄 煤矿,山 东 新泰 271227 摘 要本文介绍深部高水平地应力煤巷开采中,采用高强度螺纹钢锚杆 锚索 钢丝绳联合支护与锚 杆 架棚 钢筋梯子梁联合支护的比较,并通过现场施工实验,说明了锚杆 锚索 钢丝绳联合支护技术的 适应性,从而有效的控制巷道的变形。 关键词复合顶板;联合支护 中图分类号T D 353 文献标识码B 1 地质概况 1201E 运输巷位于- 850 m水平一采区东翼, 该巷道设计全长 1005 m,平均煤厚 2.42 m,直接 顶为 3.51 m厚的砂质页岩,直接顶上为 4.5 m的 细砂岩,细砂岩上为 0.4 m厚的煤1,为典型复合顶 板。煤层倾角 15～25 ,巷道开门处底板标高为- 933.0 m,该矿地面标高为 160～ 170 m,故此 工作面埋深达千米。 2 锚杆支护作用机理 巷道开挖后破坏了围岩原始应力平衡,巷道上 方的岩层如不支护,就会弯曲下沉,所有各点包括 岩梁的中心点都向巷道中间移近,垂直向下移动及 水平移动除了岩层的中心点仅有垂直移动。 另外 水平地应力对巷道顶板的离层、 剪切等破坏作用十 分明显。为防止岩层弯曲下沉,在安装锚杆的同时 应立即施加足够的预拉力,这样可消除锚杆支护系 统的初始滑移量,且给围岩一定的预应力,从而提 高抗拉能力和抗剪能力,再用锚索补强措施,使整 个巷道形成 “刚性化” 顶板结构。 为了控制两帮的位 移,两帮采用钢丝绳加强支护,使整个巷道形成一 个 “钢架系统” ,从而控制巷道初期变形,减小了顶 板离层和两帮位移,保证巷道的长期稳定。 3 锚杆 锚索 钢丝绳支护设计 根据锚杆支护巷道围岩地质力学调查,锚杆支 护设计采用动态方法。 首先采用煤巷锚杆支护设计 系统的 Bo l t i n g软件,提出设计方案,进行 数值模 拟,并结合经验法,确定锚杆支护方案。 在实施过程 中,对围岩运动进行观测,以确保支护安全可靠。 设计巷道断面宽 高为 3000 2400 mm,巷 道锚杆支护参数如下 1 巷道顶板采用 5 根 Φ 20 2000 mm的高 强 度螺纹钢锚杆 2800 mm长 “W ” 型钢带,配菱 形金属网联合支护,锚杆间距为 650 mm,排距为 800 mm,每根锚杆采用 Z2833 树脂药卷搅拌。 2 巷道两帮分别采用 3 根 Φ 18 2000 mm 的高强度螺纹钢锚杆 塑料网 钢丝绳护帮,锚杆 的间距为 800～1000 mm,排距为 800 m m,每根锚 杆采用一支 Z2833 树脂药卷搅拌。钢丝绳结构图 见图 2。 3 顶 板 锚 杆 安 装 完 好,预 紧 力 距 不 小 于 300N m,设计帮锚杆锚固力不低于 70 k N 。 4 每隔 2400 mm在巷道顶板中部布置一排 锚索,锚索 Φ 15.24 m m,锚索钻孔 Φ 28 mm,锚索长 6 m,锚索安装在巷道顶板 “W ” 型钢带上。锚索布 置图见图 1。 图 1 巷道支护布置图 收 稿日 期2003- 06- 05 作 者简 介U赵延峰 1971 ,山东 章丘 市人,现在 新汶 矿业集 团协 庄煤矿 生产 技术部 从事现 场生 产管理 和技 术管理 ,发 表论 文多篇 。 72矿山 压力与 顶板管 理 2004.№ 1 图 2 钢丝绳结构示意图 4 锚杆 钢筋梯子梁 架棚支护弊端 1201E 运输巷初期支护形式为锚杆 钢筋梯 子梁,因巷道变形严重进行架棚二次支护,该巷道 初架设钢棚时尚能控制巷道变形,但随时间不断发 生变化,当围岩应力超过围岩强度时,围岩产生松 动破碎带,形成松散荷载,其载荷全部施加在钢棚 上,因围岩作用到支架上的力与支架的刚度有关, 支架刚度越大,其受力越大。造成架棚巷道变形仍 十分严重。为控制巷道变形,将该巷支护形式改为 锚杆 锚索 钢丝绳。 5 两种支护效果分析 1201E 运输巷设立两组观测站,两组测站共观 测 100 d ,1 测站锚杆 钢筋梯子梁在掘进阶段 20 d 内顶底移近量为 115 m m,日平均移近速度为 5.75 mm/d ,两帮移近量为 128 mm,日平均移近速 度为 6.4 mm/d。 2 测站锚杆 锚索 钢丝绳掘 进阶段 20 d内顶底板移近量为 83 mm,日平均移 近速度 4.15 mm/d ,两帮移近量 108 mm,日平均 移近速度 5.4 mm/d。巷道初架设钢棚 10 d内顶 底板移近量 7 mm,日平均移近速度0.7 mm/d ,但 在后 30 d内顶底板移近量 114 mm,两帮移近量 128 mm,锚杆 钢筋梯子梁 架棚支护形式顶底 移近量 387 mm,移近速度 3.87 m m/d ,两帮移近 量 425 m m,移近速度 4.25 mm/d 。锚杆 锚索 钢丝绳顶底移近量 219 mm,移近速度2.19 mm/d , 两帮移近量 260 mm,移近速度2.6 m m/d 。从数据 及表面位移曲线图可知,该种支护对控制巷道变形 比第一种支护效果好,说明技术是可行的。 6 经济效益比较 钢筋梯子梁用 Φ 12 m m的钢筋焊接而成,每米 巷道钢筋梯子梁支护费用 80 元,而钢丝绳是利用 废旧钢丝绳编织,无成本费用,该巷道 700 m用钢 丝绳护帮,故节约材料费 5.6 万元。 7 安全技术比较 以前巷道用锚杆 钢筋梯子梁护帮支护,当巷 道变形严重时,需要架设钢棚进行二次支护,架棚 是抗压支护,此时顶板锚杆几乎起不到支护的作 用,上覆岩层运动时产生的应力全部施加在钢棚 上,造成钢棚弯曲和棚腿内移,减小了巷道的有效 断面,造成巷道再次维修。 浪费了大量的人力物力。 锚杆 锚索 钢丝绳联合支护与锚杆 钢筋梯子 梁 架棚支护相比,该支护提高了支护效果,降低 了支护成本,减轻工人的劳动强度,提高了巷道断 面利用率。使整个巷道形成一个完整的钢架体系, 控制了巷道的变形,两巷作业环境得到改善,加快 了工作面的推进,有利于工作面单产的提高。 8 结论 采用锚杆 锚索 钢丝绳梁联合支护,改进原 来的支护形式。通过两种支护的矿压监测,说明了 锚杆 锚索 钢丝绳联合支护能有效的控制巷道 变形,说明了该种支护在技术上是可行的。为类似 条件的巷道提供了可靠的参考价值。 上接第 45 页 4 支护效果 U 型钢壁后充填是一项比较复杂的工程,支 护效果的监测是支护工程不可少的内容,它不仅可 及时发现施工中的问题,且能反馈信息以便能修正 施工设计方案,通过对改造大巷 50d 的表面位移观 测,得出如下结论 1 U 型钢壁后充填由于改善了支护围岩 的相互作用关系,充填体具备一定的可缩性,U 型 钢壁后充填具有初撑力大,增阻速度快,工作阻力 大的良好性能,能有效地控制软岩巷道的大变形。 2 围 岩 位 移 较 小, 顶 板 下 沉 量 最 大 只 有 65 mm,两帮移近量最大只有 105 mm,大大低于普 通 U 型钢支护。 5 结论 1 西部改造大巷采用 U 型钢壁后充填及相 应的施工工艺是合理的,取得了成功。 2 支护效果显著,围岩变形小,顶板下沉量、 两帮移近量均很小,有效保证了巷道使用断面。 3 U 型钢壁后充填技术在西部改造大巷试 验成功,为今后在我矿穿煤层巷道中的推广与应用 打下了坚实的基础。 82 2004.№ 1 矿山 压力与 顶板 管理