錨桿（錨索）支護整體耦合高位讓均壓支護技術(shù)研究

榮維俊

（肥城礦業(yè)集團單縣能源有限責任公司，山東 單縣 274300）

錨桿（錨索）支護整體耦合高位讓均壓支護技術(shù)研究

榮維俊

（肥城礦業(yè)集團單縣能源有限責任公司，山東 單縣 274300）

對千米埋深礦井提出了巷道錨桿（錨索）支護整體耦合高位讓均壓支護理念，有效控制了巷道變形。

高地應(yīng)力；井底車場返修；錨桿支護；整體耦合；高位讓壓

1 概況

陳蠻莊煤礦煤層埋深在1000m以上。煤厚平均6.5m。主要礦井巷道工程布置在三層煤底板巖石和煤層中。由于地應(yīng)力高和軟巖的特性，巷道支護非常困難。

2 井底車場原支護設(shè)計

巷道為直墻半圓拱型錨網(wǎng)索噴支護。采用Ф22×2400mm左旋無縱筋螺紋樹脂高強預應(yīng)力錨桿，間排距800×800mm，巷道底板按45度角設(shè)底腳錨桿，單根錨桿采用2卷MSK2350樹脂藥卷錨固，托盤規(guī)格為150×150×10mm弧面蝶形鋼板托盤，弧高30—40mm，錨桿錨固力不小于120KN，擰緊扭矩不小于200N.M。錨索采用Ф21.6×8200mm鋼絞線，間排距為1600×1600mm，3～4卷msk2550樹脂藥卷錨固，采用300×300×16mm規(guī)格的鋼板蝶形弧面托盤，厚度60～80mm，初錨力不小于280KN，錨索外露150—300mm。

3 原支護系統(tǒng)分析

根據(jù)井下觀測，原支護系存在下列問題：

錨桿安裝預緊力：現(xiàn)場觀測明顯看出施工過程中錨桿預緊力不足。盡管設(shè)計中要求安裝扭矩不小于200n.m。但一方面實際安裝時無法做全面安裝質(zhì)量檢測，無法保證每根錨桿都達到扭矩要求。另一方面，即使達到扭矩要求，錨桿的實際安裝噸位也得不到保證。特別是全螺紋鋼等強錨桿，200n.m的扭矩所轉(zhuǎn)化成的安裝載荷很低，一般不超過1.5噸。在所觀察范圍內(nèi)，盡管巷道的變形量很大，但很少發(fā)現(xiàn)錨桿破斷情況，顯示錨桿支護方式并不合理，未達到對頂板變形控制的有效目的，特別是安裝預緊力較低。

錨桿錨固力：原始設(shè)計“錨桿錨固力不小于120KN”，高強錨桿的承載能力可以達到25噸以上，而設(shè)計中規(guī)定的錨固力只有12噸，沒充分發(fā)揮高強錨桿的作用。

錨桿托盤強度不匹配：托盤強度與錨桿強度不匹配，出現(xiàn)了有些錨桿受力后托盤“翻盤”現(xiàn)象，從而造成錨桿系統(tǒng)支護效率降低或失效。

錨桿托盤受力面積小：在巷道比較破碎或巖石較軟時部分錨桿托盤壓入巖面，說明部分巷道錨桿托盤尺寸不盡合理。

錨索預緊力不足：這主要表現(xiàn)為部分錨索鎖具沒有緊貼錨索托盤，托盤沒能緊貼巖面。

設(shè)計錨索錨固力280KN，遠小于鋼絞線破斷強度。

4 高地應(yīng)力井底車場錨桿新支護設(shè)計

根據(jù)井下觀察，支護巷道的破壞形式為典型的高地應(yīng)力巷道破壞顯現(xiàn)。要找出最合理的錨桿支護方式，對于應(yīng)力高、圍巖破碎的巷道，就要對圍巖應(yīng)力和破壞之間的關(guān)系探索。

錨桿支護方案的選擇要符合以下幾項要求：

4.1 錨桿預應(yīng)力要求

要高度重視錨桿的預應(yīng)力，減少早期變形，延長破壞周期。發(fā)生過大的早期破壞，主要原因是預應(yīng)力不足，引起頂板破碎，加大巷道破壞，錨桿支護作用減弱。為了加固節(jié)理裂隙，防止頂板離層，要早期及時臨時支護。

4.2 支護性能

對于地應(yīng)力高、破碎圍巖的巷道，要想提升支護強度，必須做到每根錨桿的支護強度達到設(shè)計要求，并與地應(yīng)力高的圍巖相匹配。

4.3 表面控制

合理有效的表面控制，可以減輕圍巖的碎脹變形程度，降低圍巖風化的范圍，保證支護系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，提高巷道的支護效果。

5 支護方案確定

1）新支護系統(tǒng)目標：錨桿、錨索錨固力的提高；錨桿、錨索預緊力的提高；表面支護強度的提高；錨桿、錨索支護強度適中。

2）新型錨桿支護方案設(shè)計

錨桿選型：整體耦合應(yīng)力高位讓均壓錨桿。

錨桿參數(shù)：Φ22×2800mm，Q600礦用高強螺紋鋼，屈服強度為26t，抗拉強度為31t。

托盤參數(shù)：200*200*10 mm高強球型托盤。

安裝預緊力：6～8t。

讓壓裝置：最大讓壓距離30mm，讓壓點17～20t。

鉆孔直徑：Φ32mm。

樹脂錨固劑：采用msk2550錨固劑2支。

錨桿錨固力：大于錨桿破斷強度。

3）錨索支護

錨索類型：整體耦合高位讓均壓錨索。

錨索直徑：21.6mm×8200mm，最大破斷力50t。

錨索預緊力：15t以上。

樹脂錨固劑：K2550×1+Z2550×3。

鉆孔直徑：Φ32mm。

錨索錨固力：大于錨索破斷強度。

讓壓裝置：最大讓壓距離35mm，讓壓點26～30t。

錨索托盤：300×300×16mm的高強球型托盤。

6 效果

通過對井底車場的觀測，與之前支護強度和支護效果相比，研究成果顯著，將直接指導井底車場和其他主要硐室的設(shè)計和施工，避免工程施工的盲目性、留下巷道返修隱患，保障工程質(zhì)量，節(jié)省投資，提高工程施工效果；為后繼大采深、高地壓礦井的井底車場和其他主要硐室的支護設(shè)計和施工提供理論依據(jù)和技術(shù)指導；豐富和完善立井深部井底車場和主要硐室支護理論。

榮維俊（1980—），男，畢業(yè)于安徽淮北煤炭師范大學，現(xiàn)就職于肥城礦業(yè)集團單縣能源公司。