摘要：隨著煤礦開(kāi)采深度的不斷增加，井下煤礦巷道所受的地應(yīng)力越來(lái)越大，尤其在地質(zhì)構(gòu)造活動(dòng)強(qiáng)烈的地區(qū)，井下巷道支護(hù)及保持其穩(wěn)定性更加困難。根據(jù)深部軟巖條件下煤礦巷道錨桿支護(hù)效果不理想的情況，研究高地應(yīng)力軟巖環(huán)境下巷道科學(xué)的支護(hù)方式是保證煤礦采掘深部煤層的關(guān)鍵。礦井支護(hù)實(shí)踐證明高強(qiáng)高預(yù)應(yīng)力變形讓壓錨桿均壓錨桿能夠有效的解決深井高地壓巷道支護(hù)存在的問(wèn)題。
概況
阜新礦業(yè)集團(tuán)五龍煤礦劉家區(qū)-536(地面標(biāo)高為+179m)回風(fēng)石門(mén)在掘進(jìn)過(guò)程中面臨著非常嚴(yán)重的支護(hù)問(wèn)題。巷道開(kāi)掘后，圍巖變形非常劇烈，頂板和兩幫破壞嚴(yán)重，底鼓量大，雖經(jīng)過(guò)多次翻修，仍不能控制巷道變形，大多數(shù)巷道前面掘進(jìn)后面翻修，嚴(yán)重的影響了巷道的掘進(jìn)速度和安全生產(chǎn)。為了解決巷道變形的實(shí)際問(wèn)題，頂板采用了全錨索支護(hù)，此方案雖改善了巷道的支護(hù)狀況，但掘進(jìn)速度慢，成本高。為從跟本上解決巷道支護(hù)實(shí)際問(wèn)題，必需對(duì)巷道支護(hù)方式進(jìn)行研究，探索出一套合理的支護(hù)方案。
劉家區(qū)-536回風(fēng)石門(mén)采用半圓拱型巷道，巷道寬度為5300mm，高度為4250mm。原巷道支護(hù)頂板采用錨桿及加強(qiáng)錨索支護(hù)，錨桿間排距為800mm×800mm，加強(qiáng)錨索間排距為1200mm×3200mm；兩幫采用全錨桿支護(hù)，間排距為800mm×800mm。
1地質(zhì)條件
劉家區(qū)-536回風(fēng)石門(mén)巷道圍巖為煤巖互層，巖石普氏系數(shù)4—6。巷道頂板有一層薄煤層。
2支護(hù)原則的確定
根據(jù)井下觀測(cè)分析及井下地質(zhì)條件，支護(hù)巷道的破壞形式為典型的高地應(yīng)力顯現(xiàn)，支護(hù)系統(tǒng)沒(méi)有能夠控制住圍巖松散流動(dòng)圈的擴(kuò)展，沒(méi)有觀察到錨桿受力明顯增加現(xiàn)象，說(shuō)明錨桿支護(hù)系統(tǒng)沒(méi)有發(fā)揮它應(yīng)有的作用。
存在主要問(wèn)題：第一錨桿安裝載荷不足；第二錨桿長(zhǎng)度不夠；第三表面控制效果不好。
要想讓支護(hù)能滿足及時(shí)有效的控制破碎區(qū)范圍的擴(kuò)展，具體來(lái)說(shuō)應(yīng)滿足下列原則：
(1)錨桿的支護(hù)范圍：錨桿的長(zhǎng)度不應(yīng)小于巷道開(kāi)挖后初始松動(dòng)圈的范圍，并有至少有400mm錨固在穩(wěn)定區(qū)內(nèi)。
(2)錨桿的安裝應(yīng)力：錨桿的安裝應(yīng)力是控制圍巖早期變形的控制松散破碎變形圈擴(kuò)展的重要參數(shù)。安裝應(yīng)力過(guò)小會(huì)使圍巖發(fā)生過(guò)大的早期變形，松散破碎圈大，引起頂板破碎，松散破碎圈擴(kuò)展最終造成錨桿失效。
(3)支護(hù)強(qiáng)度：在采深高應(yīng)力的情況下，一旦錨桿施工一定的預(yù)應(yīng)力，錨桿桿體的強(qiáng)度必需提高，這就要求錨桿的單根強(qiáng)度加大。
(4)錨桿變形讓壓性能：為了防止錨桿承受過(guò)度載荷而破斷，錨桿必需具有變形讓壓性能，且這種讓壓必需是有控制的讓壓?？刂谱寜壕褪钱?dāng)錨桿桿體達(dá)到屈服強(qiáng)度時(shí)，支護(hù)系統(tǒng)開(kāi)始通過(guò)讓壓裝置讓掉部分圍巖變形起到保護(hù)錨桿的作用，同時(shí)又保證圍巖的穩(wěn)定性。合理的讓壓性能應(yīng)能做到錨桿在一定的噸位上穩(wěn)定讓壓以保證巷道支護(hù)效果和防止錨桿破斷。
(5)表面控制：為了保證巷道長(zhǎng)期穩(wěn)定性和防止錨桿失效，巷道表面控制也是非常重要的。
(6)輔助支護(hù)：合理有效的輔助支護(hù)可以與錨桿支護(hù)形成的一個(gè)整體，保障巷道支護(hù)長(zhǎng)期有效性，適應(yīng)地質(zhì)和采礦條件的變化。
3錨桿支護(hù)系統(tǒng)參數(shù)的確定
錨桿的參數(shù)包括：錨桿的長(zhǎng)度、錨桿的安裝載荷、錨桿的布置形式、錨桿桿體的直徑、錨桿的間排距、錨桿的延伸讓壓性能、托盤(pán)的尺寸及強(qiáng)度、表面控制等。
(1)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)條件分析，回風(fēng)石門(mén)采用2.4m長(zhǎng)度錨桿，穿過(guò)斷層及泥巖層區(qū)域采用3m長(zhǎng)錨桿。
(2)錨桿的安裝應(yīng)力：對(duì)泥巖等流變形圍巖，應(yīng)保證足夠的安裝應(yīng)力。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)分析，錨桿的最小安裝應(yīng)力為5～6t，以保證松散流動(dòng)區(qū)不進(jìn)一步擴(kuò)展。
(3)錨桿直徑和強(qiáng)度：選用D20HB500高強(qiáng)鋼作為錨桿的桿體，其屈服強(qiáng)度大于15.3t，抗拉強(qiáng)度大于20.2t。
(4)間排距：-536回風(fēng)石門(mén)錨桿排距為900mm，間距為800mm。
(5)讓壓管：由于巷道變形量大，在錨桿長(zhǎng)度和安裝應(yīng)力合適的條件下，錨桿支護(hù)系統(tǒng)將發(fā)揮其應(yīng)有的作用并承受圍巖的變形載荷。然而圍巖部分是無(wú)法控制的，高強(qiáng)度鋼的延伸率低，容易在絲部發(fā)生脆斷，所以錨桿系統(tǒng)必需要有控制讓壓能力。根據(jù)選擇的錨桿強(qiáng)度，讓壓管的控制讓壓能力為12～15t，長(zhǎng)度為40mm。
(6)錨固長(zhǎng)度和錨固力：每套錨桿選用2卷k2535樹(shù)脂藥卷，錨固長(zhǎng)度達(dá)到1m，錨固力大于23t。
(7)托盤(pán)尺寸和強(qiáng)度：采用與所選擇錨桿想匹配的150mm×150mm×8mm托盤(pán)，其強(qiáng)度為23t。
(8)表面控制：為了控制圍巖的脫落，用金屬網(wǎng)及鋼筋梯作為表面控制的方式。
(9)噴漿：巷道掘進(jìn)后初噴30～50mm，45天左右終噴，以保證不會(huì)由于巷道彈性變形而破壞噴體。
(10)輔助支護(hù)：為了提高巷道的服務(wù)年限適應(yīng)地質(zhì)條件的變化，采用錨索作為輔助支護(hù)。錨索長(zhǎng)度為9m，錨索直徑為17.78mm間排距為1600mm×1800mm。
4表面控制
由于巷道在軟巖中掘進(jìn)，且因受到動(dòng)壓影響，表面控制對(duì)于充分發(fā)揮錨桿支護(hù)系統(tǒng)的作用非常重要。有效的表面控制系統(tǒng)應(yīng)保證無(wú)片幫和冒頂現(xiàn)象，錨桿和表面控制系統(tǒng)一起形成最佳組合梁，表面控制包括：高強(qiáng)托盤(pán)：與錨桿強(qiáng)度相匹配；鋼帶：H型鋼帶可以把錨桿聯(lián)結(jié)成一個(gè)整體，并具有很好的表面控制效果。金屬網(wǎng)：金屬網(wǎng)不僅防止漏矸漏頂，而且其自身的變形可以控制兩幫變形，并可以與錨桿、鋼帶形成的一個(gè)整體，增加了支護(hù)系統(tǒng)的整體性。
5支護(hù)效果
五龍煤礦劉家區(qū)-536回風(fēng)石門(mén)采用高強(qiáng)讓壓均壓錨桿支護(hù)后，通過(guò)對(duì)巷道的表面變形量、頂板離層和圍巖深部變形監(jiān)控、監(jiān)測(cè)表明，巷道在掘進(jìn)過(guò)程中變形量大大降低，巷道底板優(yōu)為顯著，原前掘后翻，現(xiàn)采用高強(qiáng)讓壓均壓錨桿支護(hù)后，巷道變形量能夠滿足正常生產(chǎn)的要求，不需要翻修，減少了巷道維修和翻修量。
6結(jié)論
通過(guò)井下的實(shí)踐高強(qiáng)讓壓均壓錨桿能夠滿足高地應(yīng)力，軟巖巷道的支護(hù)質(zhì)量和支護(hù)強(qiáng)度的要求，在施工過(guò)程中巷道變形量明顯減少，支護(hù)效果顯著，提高了巷道的掘進(jìn)速度，減少了巷道翻修維修量，降低了巷道的支護(hù)成本，保證了安全生產(chǎn)，具有較高的推廣價(jià)值。
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