錨桿支護技術在紅嶺煤礦15141上巷的成功應用

安陽鑫龍煤業（集團）紅嶺煤礦15141上巷沿二1煤層底板掘進，為孤島工作面，上部和下部均為采空區，上巷上部有一F505斷層。這些地質條件對采區設計及巷道掘進與維護都產生了不利的影響。針對這些不得因素，2010年10月，紅嶺煤礦與中國礦大決定以15141上巷作為試驗巷道進行錨桿支護技術應用研究。

技術路線

（1）對試驗巷道頂底板及煤層取樣進行實驗室力學實驗；

（2）分析采動應力分布規律及斷層對采動應力傳遞的影響規律，揭示煤柱變形失穩機制，確定合理的保護煤柱寬度；

（3）研究分析斷層附近采動巷道塑性區、破裂區發展過程，揭示該類巷道的變形破壞機制；

（4）研究采動巷道非對稱大變形的控制機理與技術，確定合理技術參數；

（5）將研究成果指導工業性試驗，并通過礦壓監測反饋修正支護參數。

錨桿支護設計原則

一次支護原則

錨桿支護為一次支護。一方面是實現高效、安全生產的要求；另一方面是錨桿支護本身的作用原理決定的。

高預應力和預應力擴散原則

高預應力是檢驗錨桿支護是否是主動支護的指標。一方面采取有效措施給錨桿施加較大的預應力；另一方面，通過構件實現錨桿預應力的擴散，擴大預應力的作用范圍，提高錨固體的整體剛度與完整性。

高阻讓壓支護原則

斷層附近采動巷道初期以關鍵部位的剪切滑移變形和向巷道臨空區的擠壓變形為主，在關鍵部位實施高阻讓壓錨桿支護后，錨桿通過延伸釋放關鍵部位變形能量，調整該部位圍巖應力集中分布，同時在恒定高阻力的作用下，保持該部位錨固體釋放能量的同時并不喪失承載力，有效控制錨固區內、外軟弱結構面的剪切滑移破壞。

非對稱耦合支護原則

控制非對稱變形，降低支護體受偏載作用，實現支護結構均勻承載。

合理錨桿支護參數確定

預緊扭矩

預緊力與預緊扭矩有如下關系：

式中：p為錨桿預緊力，kN；k0為螺母與錨桿螺紋間的滑動摩擦系數；k1為螺母與墊圈端面間的滑動摩擦系數；k2為考慮巖石完整性的修正系數；M為螺母預緊力矩， N·m；s為螺紋導程，mm；d0為墊片內徑，mm；d2為螺紋中徑，mm；D1為螺母端部有效接觸面外接圓直徑，mm。

由煤礦支護手冊可知扭矩小于400 N·m的情況下，直徑20mm的高強度讓壓錨桿的k值一般為0.1，所以為了保證有足夠的預緊力，錨桿預緊扭矩一般要在300N·m以上。

錨桿

錨桿材質：頂板和兩幫錨桿選擇高強讓壓錨桿，其屈服強度和極限強度大，控制圍巖變形效果好，桿體表面具有凹凸紋理，能夠保證錨桿與錨固劑之間較大的粘結力。

錨桿直徑：頂錨桿和幫錨桿直徑均為20mm。

錨桿長度：依據地質條件和數值模擬確定軌道巷頂及兩幫錨桿長度均為2400mm。

錨桿間排距：根據地質條件和數值模擬確定錨桿布置采用554，頂錨桿和幫錨桿排距均為800mm，頂錨桿間距800mm，窄煤柱幫錨桿間距為600mm，實體煤幫錨桿間距為800mm。

錨固劑：錨固劑采用樹脂藥卷，凝結速度為超快、中速。

錨桿支護附件：包括金屬網、梯子梁、托盤等，頂板、兩幫配套使用金屬網，梯子梁采用直徑14mm的圓鋼焊接，所有托盤使用鋼托盤，托盤厚度10mm，金屬網聯網間距不大于20mm。

錨索

錨索直徑：錨索直徑為18.9mm。

錨索長度：錨索長度7300mm。

錨索間排距：間距2100mm；排距1600mm，兩排之間靠近煤柱側再打一根。

錨固劑及錨固長度：每根錨索采用CK2360一支、Z2360二支樹脂藥卷錨固，錨固長度為2100mm。

錨索支護附件：每根錨索采用一塊400€?00€?0的18號鋼板，一塊規格為100€?00€?0mm的18號鋼板，鎖具一套。

結論

該項目在安陽鑫龍煤業集團紅嶺煤礦15141上巷的成功實施后產生了良好的社會效益及可觀的經濟效益。

社會效益

（1）減小了區段煤柱寬度，提高資源采出率。

（2）有效控制了圍巖的變形，縮短回采作業循環，加快了工作面推進速度。

（3）巷道合理布置方式和支護技術避免了巷道在服務年限內返修，減少了工人勞動強度，提高了人工工效，降低了噸煤成本。

·經濟效益

（1）試驗地段共計450m，U型鋼支護成本5833元/m，錨桿支護段支護成本2100元/m。節省支護成本168萬元。

（2）采用該技術后多回收煤炭1.46萬噸，新增產值1166.4萬元，新增利潤291.6萬元。

（作者單位：安陽鑫龍煤業集團紅嶺煤礦）