采区巷道支护及锚杆支护新技术

 

 

　　由于我国东部煤炭的开采，浅部资源已逐渐走向枯竭，煤炭开采逐步向深部延伸，国内许多矿井的开采或开拓延伸的深度均已经超过了700m，有的甚至超过1000m。随着开采深度的增加，地质条件恶化、地应力增大、破碎岩体增多、地温升高、水头压力和涌水量加大，致使围岩应力超过其强度，发生破坏失稳。

 

　　鲁西南煤田地质复杂，以杨营矿井为例予以阐述。杨营煤矿8煤采区轨道上山依次穿过顶板砂岩、泥岩、煤层，顶板岩石裂隙发育，小的构造较多，顶板及帮部易掉易冒，是一种标准的低强度破碎软岩。8101与8102试采煤面标高均为—600m以下，所对应的轨道顺槽和胶带顺槽地应力大、破碎岩体多，并受风化基岩及以下砂岩含水层、太原组三灰含水层、八灰及其底板砂岩含水层、九灰及其底板砂岩含水层、十灰+岩浆岩含水层的影响，巷道地质情况复杂，使其支护难度增大。

 

 

　　1）优化巷道位置。在设计阶段应根据煤系地层的岩性，合理选择巷道位置，尽可能避开软弱岩层；在地质勘探过程中，应掌握岩石物理力学性质、岩石物理化学性质以及岩石水理性质，应掌握主应力的大小及方向，合理选层、选位，尽可能躲让高应力区。

 

　　2）选择合理的支护断面。由于8100采区回采时间较短，巷道服务年限为至采区报废为止，综合各方面因素8100采区轨道上山施工断面选择为矩形，掘进断面10.44m2，巷道掘进荒宽3600mm，净宽3400mm，掘进荒高2900mm，轨道以上净高2600mm，设计方位跟8煤顶板掘进。预留巷道空间对提高支护体结构强度，减少巷道维修，保证巷道正常使用是非常必要的。

 

　　3）提高围岩强度。锚杆和注浆是两种有效的加固围岩方式，这些方式能促使形成围岩加固的承载圈，充分发挥围岩的自承能力，阻止围岩的塑性流动。应针对不同围岩选择合适的加固方式。

 

　　4）提高锚杆支护的预紧力，实现主动支护。锚杆支护是巷道最有效的支护形式，锚杆支护系统的刚度十分重要，特别是锚杆预应力起着决定性作用。较高的预应力要求锚杆具有较高的强度。单根锚杆预应力的作用范围是很有限的，必须通过托板、钢带和金属网等构件将锚杆预应力扩散到锚杆周围更大范围的围岩中，形成支护结构。

 

　　5）及时封闭围岩。巷道支护现场总结的经验是：治帮先治底，治底先治水。因此，对水的处理是保证软弱围岩稳定的基础工作，尤其对于含有黏土类矿物的膨胀型软岩，隔水为第一要务。软岩巷道开挖后要及时喷射混凝土进行封闭，防止其受水和空气的影响而崩解和软化。

 

 

　　8100采区轨道上山为半煤岩巷，作为8100采区工作面的运输设备、材料等物品的主要巷道，同时也是构成区段通风系统的主要巷道，服务年限到采区报废。根据8100采区轨道上山实际情况支护分为临时支护和永久支护两部分：

 

　　临时支护：采用金属前探梁作为临时支护，前探梁为3根不少于4米长的4寸钢管或者用不少于15kg/m的钢轨，随着掘进，如果顶板地质条件发生变化较为破碎时，要短掘短支。

 

　　永久支护：采用锚、网、梯索喷联合支护。永久支护到迎头，支护前顶板岩性好时，最大空顶距不大于1600mm，岩性较差时最大空顶距不大于800mm，支护后迎头最大空顶距不大于300mm。

 

　　在永久支护过程中锚杆的选用是支护的关键因素，近几年来随着支护技术的不断发展加强，预拉力锚杆得到了广泛使用，并且支护效果也是非常理想。高强杆体材料屈服强度大于500MP。杆体直径：20—22m；锚杆破断荷载：200—300kN以上。

 

　　另外在8100采区轨道上山所采用的联合支护中，锚索的使用可以有效的限制围岩松动变形，使其保障巷道的整体稳定性良好。小孔径高强预应力锚索是近年来比较常用的一种锚索。它的作用原理是起悬吊作用、预应力主动限制围岩松动变形；应用条件有稳定岩层作为锚索悬吊生根点。

 

　　国内外首创28mm小孔径锚索技术，单根钢铰线，15.24mm，28mm孔径；锚杆钻机钻装，最大长度12m；最大锚固力260kN，预紧力100kN。直径17.8mm，破断力350kN；直径f18.96mm，破断力400kN。最近开发直径22mm，破断力达到500kN，同时进一步提高索体的延伸率。

 

　　采用锚杆锚索联合支护提高锚杆支护的整体支护效果，防止巷道顶板的漏冒和两帮煤体的片帮。通过托板将其所承担的载荷有效地传递到锚杆上，并能协调锚杆的受力，发挥锚杆的整体支护作用，有效的提高锚杆锚固范围内围岩的连续性，有利于提高锚杆支护体系的整体支护强度。

 

　　同时8煤各巷道在使用联合支护中，8100采区轨道上山及其胶带上山由于服务年限要到采区报废为止，所以为其避免岩石风化破碎需要挂钢筋网喷浆来及时封闭围岩，同时做好巷道成型稳固工作。

 

　　根据8100采区轨道上山的围岩地质情况，锚杆采用Φ20×2400mm高强锚杆，间排距900×900mm。锚索采用Φ17.8×6300mm，间排距1800×2700mm。钢筋网Φ6mm钢筋焊接，经纬格100×100mm，网幅1000×1400mm和900×1700mm两种规格。在岩性较差时巷道顶部和帮部采用W型钢带加强支护。

 

　　在制定方案过程中可通过地质力学评估、初始设计方法（通过计算机模拟分析、实验室模型模拟、经验类比、理论计算等方法初步确定巷道支护型式和支护参数）、现场施工与监测、优化设计，最后得出最终方案。

 

 

　　在煤矿的建设中应根据矿井巷道的实际地质状况来确定巷道及硐室的支护形式。锚杆等支护形式的布置随围岩条件发生变化时，其支护参数也应做相应改变，特别在地质构造地带，可考虑增加锚杆、锚索数量或辅以其它支护方式，甚至更改支护方式。

 

　　巷道锚杆支护设计新方法有：地质力学评估（进行巷道围岩地应力测试、巷道松动圈测试、巷道3倍宽度范围内围岩的矿物成分化验分析、围岩物理力学性质测定）、初始设计方法（通过计算机模拟分析、实验室模型模拟、经验类比、理论计算等方法初步确定巷道锚杆、网、索联合支护型式和支护参数）、现场施工与监测（对支护结构可靠性监测，包括：巷道收敛变形、顶板下沉量、两帮位移量、底臌量、锚杆或锚索受力状态）、优化设计（分析矿压监测数据，评价、优化初步支护设计方案和参数，从而确定适合该矿条件的、安全、高效、节约的巷道支护方案）。