高強(qiáng)讓壓錨桿在某礦回風(fēng)石門(mén)中的實(shí)際應(yīng)用

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。

關(guān)鍵詞：深井軟巖 高地應(yīng)力 高強(qiáng)讓壓均壓錨桿 聯(lián)合支護(hù)

中圖分類(lèi)號(hào)：TD262.1文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B文章編號(hào)：1674-098X(2011)04(c)-0086-02

The Application of High-Strength Yielding Bolt in Air-return Cross-Cuts of a Coal Mine

Yang Chengjie1，Yang Daguang2，Wu Hongbo1

（Fuxin Mining Group Co.， Ltd.，Liaoning Fuxin 123000.

Shenyang Design Research Institue of Sino-coal Internation Engineering Group， Liaoning Fuxin 110015，China

Abstract：The underground tunnel stress increased with the increasing of coal mining depth. And the support and stability of underground tunnel is more difficult in the areas of intense tectonic activity. The scientific support technology in soft rock enviorment with high geostress is the key factor to ensure the deep coal mining under the condition that the tunnel bolt support effect is not ideal in deep soft rock. In practice， mine support proved that the high-strength and high-pretension anchor bolts solved the supporting problems effectively in deep mines with high ground pressure.

Key words：Deep soft rock；high geostress；high-strength yieldable bolts；combined supporting

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，回風(fēng)石門(mén)所在圍巖柱狀圖如表1所示:

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。控制讓壓就是當(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?chē)鷰r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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