高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力強(qiáng)化支護(hù)技術(shù)在厚層復(fù)合頂板回采巷道中的應(yīng)用

1、<p>　　高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力強(qiáng)化支護(hù)技術(shù)在厚層復(fù)合頂板回采巷道中的應(yīng)用</p><p>　　摘要：隨著高產(chǎn)高效工作面的應(yīng)用和開采深度的加大，必然使井下巷道出現(xiàn)高地應(yīng)力、軟弱破碎圍巖、大斷面及賦存不穩(wěn)定等一系列不利于巷道圍巖控制的特征?；茨系V區(qū)的8槽、11槽、13槽煤層由于圍巖結(jié)構(gòu)復(fù)雜、巖性差、采深大、區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力強(qiáng)烈，復(fù)合頂板常常具有本質(zhì)的離層變形傾向，特別是13槽煤層復(fù)合頂板厚、巷道通風(fēng)斷面大、跨度大、且安

2、全可靠性問題較其他礦區(qū)更加突出。傳統(tǒng)的U型鋼支護(hù)屬于被動支護(hù)，早期不能承載，造成巷道變形嚴(yán)重，影響煤礦的正常生產(chǎn)，針對淮南礦區(qū)煤巷支護(hù)，我們提出了以錨桿錨索為主，結(jié)合滯后噴注漿的耦合支護(hù)方案。本設(shè)計針對淮南礦區(qū)某礦的13槽煤層進(jìn)行工程實(shí)踐。 </p><p>　　關(guān)鍵字：復(fù)合頂板 預(yù)應(yīng)力 聯(lián)合支護(hù) 大斷面巷道 </p><p>　　中圖分類號：TU74 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A </p>

3、<p><b>　　1 工程概況 </b></p><p>　　1112(3)工作面周圍及上下煤層均未開采。工作面煤層賦存穩(wěn)定，工作面鉆孔揭露13-1煤層厚度3.61 m～5.07 m，平均厚度4.16 m，煤層結(jié)構(gòu)復(fù)雜，煤層傾角為3°～10°，平均5°。根據(jù)北一13-1采區(qū)煤層回風(fēng)上山揭露煤層情況，在煤層頂板含兩層夾矸，平均厚度0.2～0.4 m

4、；煤層中含有軟分層，呈土狀，手可以捻碎。煤巖層綜合柱狀圖見圖1所示。 </p><p>　　圖1煤巖層綜合柱狀圖 </p><p>　　2 預(yù)應(yīng)力控制技術(shù)原理 </p><p>　　由于地質(zhì)歷史作用，圍巖的構(gòu)成特點(diǎn)具有非均勻性和非連續(xù)性，巖體內(nèi)部存在著不規(guī)則、無規(guī)律分布的節(jié)理裂隙(原生節(jié)理裂隙可視為有一定的規(guī)則性，受采動影響后的次生裂隙則不具有這種特性)，使圍巖的裂

5、斷和由此引起的變形、位移直至垮落成為一個隨機(jī)過程。因此巷道圍巖支護(hù)的目的是在這個過程中對一些特定狀態(tài)(危險狀態(tài))進(jìn)行有效的控制，使之引起的后果不至于妨礙正常的作業(yè)和危及人的生命安全。 </p><p>　　為了保證煤礦安全生產(chǎn)，通過大量的現(xiàn)場實(shí)測與理論分析，對在水平地應(yīng)力作用下預(yù)拉力錨桿的作用機(jī)理進(jìn)行深入的研究，建立基于水平地應(yīng)力的預(yù)拉力錨桿支護(hù)理論。 </p><p>　　圖2圍巖的松散

6、擴(kuò)容變形與初始支護(hù)強(qiáng)度之間的關(guān)系 </p><p>　　3 高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力強(qiáng)化支護(hù)技術(shù)體系 </p><p>　　1) 錨桿承載性能的強(qiáng)化：包括技術(shù)手段的升級和創(chuàng)新：高性能預(yù)拉力錨桿向超強(qiáng)錨桿方向發(fā)展，以實(shí)現(xiàn)高強(qiáng)度、高剛度、高預(yù)緊力和高可靠性。U型鋼支架向型鋼熱處理、卡纜更新、安裝扭矩加大及壁后充填方向發(fā)展，以實(shí)現(xiàn)大承載、高阻縮動、恒阻滑動的工作狀態(tài)。 </p><p>

7、;　　2) 淺部圍巖承載強(qiáng)度的強(qiáng)化：錨桿支護(hù)可以提高錨固體破壞前和破壞后的力學(xué)參數(shù)，改善被錨固體的力學(xué)性能，實(shí)現(xiàn)對不同形態(tài)及破裂程度的巖體強(qiáng)度的直接提高；通過提高徑向應(yīng)力及應(yīng)力在徑向的增加速度，促使圍巖由二向應(yīng)力狀態(tài)向三向應(yīng)力狀態(tài)轉(zhuǎn)化，從而達(dá)到提高圍巖強(qiáng)度的目的。 </p><p>　　3) 圍巖承載結(jié)構(gòu)的強(qiáng)化：針對層狀賦存特點(diǎn)、巖體不均衡性產(chǎn)生的弱化區(qū)補(bǔ)強(qiáng)，促成圍巖承載結(jié)構(gòu)的形成或強(qiáng)化，包括含弱面或軟弱夾層的頂

8、板離層控制，以及對幫角巖體破壞區(qū)、軟弱煤體、開放的底板等采取加固措施。 </p><p>　　4 支護(hù)參數(shù)的確定 </p><p>　　根據(jù)復(fù)合頂板的厚度，將頂板條件分為厚層復(fù)合頂板和薄層復(fù)合頂板，根據(jù)工程類比結(jié)合數(shù)值模擬對不同厚度的復(fù)合頂板采用不同的支護(hù)參數(shù)。 </p><p>　　1) 巷道頂板采用7根IV級左旋螺紋鋼超高強(qiáng)預(yù)拉力錨桿加4.8 m長M5型鋼帶、8

9、#菱形網(wǎng)聯(lián)合支護(hù)，錨桿規(guī)格為Ф22-M24-2800 mm，每根錨桿用Ф32鉆頭打眼、兩節(jié)Z2380型樹脂藥卷加長錨固；錨桿間距750 mm，排距800 mm。 </p><p>　　2) 巷道兩幫采用5根IV級左旋螺紋鋼等強(qiáng)預(yù)拉力錨桿加3.2 m長M5型鋼帶、8#菱形網(wǎng)聯(lián)合支護(hù)，錨桿規(guī)格為Ф22-M24-2800 mm。每根錨桿采用一節(jié)Z2380型樹脂藥卷加長錨固；錨桿間距為750 mm，排距為800 mm。

10、</p><p>　　3) 在頂板每排錨桿中間位置布置一套高預(yù)應(yīng)力錨索梁，鋼絞線規(guī)格為Φ21.8×7.7m，鋼絞線下鋪設(shè)2.6m的T2型鋼帶，鋼帶上三眼孔，間距1.1m，排距為800mm。錨索和鋼帶間配200×100×16mm托盤。錨索眼孔深度為7.5m，每孔采用三節(jié)Z2380樹脂藥卷加長錨固，以保證錨固效果；預(yù)緊力不得小于120kN，錨固力不低于200 kN。錨索梁緊跟迎頭施工。

11、</p><p>　　4）在頂板沿巷道走向布置兩套高預(yù)應(yīng)力錨索梁，鋼絞線規(guī)格為Φ21.8×7.7 m，鋼絞線下鋪設(shè)2.2m的T2型鋼帶，鋼帶上兩眼孔，間距1.6m，錨索和鋼帶間配200×100×18mm托盤。錨索眼孔深度為7.5m，每孔采用三節(jié)Z2380中速樹脂藥卷加長錨固，以保證錨固效果；預(yù)緊力不得小于120kN，錨固力不低于200kN。 </p><p>

12、　　5) 頂/幫破碎處，施工單體錨桿配大托盤加強(qiáng)支護(hù)，采用加長錨固方式，每根錨桿采用兩節(jié)/一節(jié)Z2380型樹脂藥卷錨固。巷道超高導(dǎo)致幫部鋼帶離底板超過300 mm時，要求在巷道下方沿走向鋪鋼帶打錨桿，錨固要求不變。具體支護(hù)方式如圖3所示。 </p><p>　　圖3 錨帶網(wǎng)索支護(hù)參數(shù)圖 </p><p>　　5 礦壓觀測及效果分支護(hù)析 </p><p>　　為了測試

13、預(yù)應(yīng)力支護(hù)系統(tǒng)條件下巷道圍巖活動規(guī)律及支護(hù)效果，為今后進(jìn)一步改進(jìn)和優(yōu)化錨桿支護(hù)參數(shù)提供資料, 在巷道掘進(jìn)過程中對圍巖表面位移進(jìn)行觀測。觀測內(nèi)容主要包括巷道表面位移、頂板離層及錨桿錨索的受力情況。 </p><p>　　5.1 巷道表面位移的觀測 </p><p>　　圖4 1112（3）運(yùn)輸順槽掘進(jìn)期間圍巖變形量規(guī)律 </p><p>　　圖51112（3）運(yùn)輸順槽

14、掘進(jìn)期間圍巖變形速度規(guī)律 </p><p>　?、賰蓭徒俣仍谙锏篱_挖第7 d時達(dá)到最大，其速度為55 mm/d，隨后移近速度迅速減少，至12 d時基本達(dá)到穩(wěn)定，此時距掘進(jìn)工作面度150 m；②頂板的下沉速度在成巷第3 d即達(dá)到最大，速度值為34.5 mm/d，此后速度值迅速減少，至第6 d基本達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，此時距掘進(jìn)工作面約70 m；③從整體上看，兩幫的移近速度大于頂板的下沉速度，且兩幫移近速度持續(xù)時間大于頂板

15、下沉變化顯著時間。 </p><p>　　5.2 支護(hù)效果分析 </p><p>　　根據(jù)礦壓觀測結(jié)果分析認(rèn)為：本設(shè)計中的參數(shù)合理，在深井大斷面厚層復(fù)合頂板的條件下，頂幫采用2.8 m長錨桿，頂部采用7.7 m錨索配合槽鋼組成錨索梁加強(qiáng)支護(hù)，通過高預(yù)緊力充分調(diào)動圍巖的自穩(wěn)能力，在頂板形成了穩(wěn)定的承載梁結(jié)構(gòu)，有效抑制了頂板離層，對巷道開挖后的圍巖變形起到了很好的控制作用，在掘進(jìn)期間把巷道的圍

16、巖變形、頂板離層均控制在合理的范圍之內(nèi)；錨桿錨索受力狀況良好，載荷增長迅速、及時承載。支護(hù)方案控制變形效果較好，巷道經(jīng)受了煤巖蠕變、煤體風(fēng)化影響的考驗(yàn)，試驗(yàn)取得了成功，達(dá)到了預(yù)期的支護(hù)效果，為下一步1112(3)工作面回采打下了良好的基礎(chǔ)。 </p><p><b>　　結(jié)語 </b></p><p>　　我礦13槽煤層布置的單個工作面年產(chǎn)量在300萬噸以上，這就要求

17、高產(chǎn)高效綜采設(shè)備結(jié)合大斷面煤層巷道。巷道斷面的不斷增大對巷道支護(hù)提出了更大的挑戰(zhàn)。 </p><p>　　1）在預(yù)應(yīng)力支護(hù)系統(tǒng)中，要及時的施加預(yù)應(yīng)力，對錨桿錨索預(yù)緊力和扭矩力提出更高的要求，只有這樣才能有效的控制巷道的圍巖變形。 </p><p>　　2）要盡可能的將錨桿錨索的性能同巷道圍巖自身的性能協(xié)調(diào)起來，充分調(diào)動巷道圍巖的承載能力。 </p><p><

18、b>　　作者簡介 </b></p><p>　　白運(yùn)強(qiáng)，男，1984年10月，學(xué)歷:安徽理工大學(xué)建筑與土木工程學(xué)院在讀研究生?，F(xiàn)工作于淮南礦業(yè)集團(tuán)顧橋礦，通信地址：淮南礦業(yè)集團(tuán)顧橋礦開拓一區(qū)，郵編232091。 </p><p><b>　　參考文獻(xiàn) </b></p><p>　　[1] 錢鳴高，劉昕成. 礦山壓力及其控制.