高預應力強力支護在沿空綜掘工作面中的應用

方玉翔（河南大有能源股份有限公司 千秋煤礦,河南 義馬 472300）

高預應力強力支護在沿空綜掘工作面中的應用

方玉翔
（河南大有能源股份有限公司 千秋煤礦,河南 義馬 472300）

沿空掘巷一直是巷道支護中的難題。沿空掘巷會造成巷道在掘進期間就發生很大變形，容易造成前掘后修的安全隱患。然而隨著高預應力錨桿支護理論的出現，高強度錨桿、錨索支護技術得到大面積推廣應用，顯著擴大了錨桿支護使用范圍和使用量，取得巨大的技術經濟效益和社會效益，使我國煤礦巷道支護技術水平上了一個新臺階。

沿空掘巷；沖擊地壓；高預應力強力支護；高強力錨桿支護

針對千秋煤礦井下巷的特殊條件，提出加長錨固高預應力錨桿支護理論。其特點是大大提高錨桿支護的整體效果和支護強度，采用高預應力強力支護，做到一次支護就能有效減小巷道的變形量與破壞，避免出現前掘后修，有效的節約支護成本，提高掘進進尺，減少工人的勞動強度，在18220綜掘工作面掘進施工中取得了良好的效果。

1 工作面概況

千秋煤礦18220綜掘工作面位于礦井西部18下山采區西翼，北為18200工作面采空區，東鄰18采區-50軌道暗斜井煤柱，南鄰二水平西軌道大巷煤柱,西鄰F3—9斷層煤柱。該工作面走向長度460m,傾斜長度110m,傾角14°—16°，平均煤厚為10m,面積為50600m2，工作面工業儲量為103.4萬t,可采儲量為69.2 萬t。屬于沖擊地壓礦井，地應力高,煤層厚度大,18220上巷與18201采空區之間保護煤柱為6m,巷道服務過程中多采用鉆孔或注水卸壓,造成煤體完整性的破壞,多種因素影響下,巷道支護難度很大。

2 巷道圍巖變形破壞與分析

（1）巷道在上覆巖層的應力作用條件下。巷道周圍的位移量最大，在圍巖深處按負指數曲線衰減。同時還與巷道開采深度、巷道斷面大小，及巷道支護阻力有關。

（2）巷道受到采掘活動影響后，不僅巷道周邊，而且巖體都處于強烈的支承壓力下，產生大范圍的塑性變形而嚴重破壞。

（3）巷道周邊和巖體的位移規律，及周邊位移和錨桿端部的位移差，對錨桿受力大小影響很大。深表比越小，錨桿受力越大，反之則受力越小。

（4）巷道圍巖變形還與巷道周圍破碎帶有一定的關系，巷道四周的破碎帶范圍越大圍巖變形越嚴重。

3 巷道支護形式選擇原則

由于千秋煤礦井下地質條件較為復雜，為了充分發揮錨網索聯合支護的作用，提高巷道支護強度，應遵守以下原則。

（1）錨桿支護必須一次性支護就能有效抑制巷道周圍的變形，避免出現前掘后修的現象。保證對巷道高強支護后能有效滿足工作面達到服務年限。

（2）預應力是錨桿支護中的首要因素，只有實現高預應力的錨桿支護才是真正的高強度錨桿支護，才能充分發揮錨桿支護最大作用。

（3）支護必須要做到高強度、高剛度、高可靠性，在保證支護有效、可靠及安全的條件下，盡量減小錨桿、錨索的打設密度，才能有效的提高巷道掘進進尺。

（4）必須具備較高的可操作性，便于井下的施工和日常的監測工作。

（5）還要充分的考慮到經濟適用性。在保證巷道整體支護效果和安全可靠的前提下，做到經濟合理，有效于降低巷道支護費用。

4 高預應力強力支護方案及參數設計

結合千秋煤礦實際情況，對于試驗巷道支護方案的確定采用動態設計方法，在對巷道支護方案優化之前，首先對錨桿支護系統關鍵支護參數進行分析，在此研究成果基礎上，結合該類巷道維護經驗，根據千秋煤礦地質生產條件特征，采用大型數值計算軟件FLAC3D進行不同支護方式下巷道圍巖變形分析及實驗，最終確定了采用高預應力強力支護方案。

4.1 18220上巷支護設計方案

依據巷道生產的要求和巷道圍巖變形預留量，設計18220上巷斷面為拱形，掘進寬度7.0m，高4.1m，凈寬6.3m，凈高3.8m，掘進斷面面積22.7m2，凈斷面面積21.7m2。經過數值模擬分析，結合井下實踐經驗，確定18220上巷采用高預應力加長錨固強力錨桿錨索組合支護系統和6317型36U型棚聯合支護方式。巷道支護結構如圖1所示。

4.2 支護參數

（1）錨桿為?22×2400mm左旋無縱筋螺紋鋼筋高強度錨桿，鋼號為CRM600號，排距為900mm×850mm，每排安裝14根，錨固長度不小于900mm，錨固力不小于228KN。

（2）錨桿配件為高強螺母M24，配合高強度托盤、調心球和尼龍墊片，錨桿托盤規格：150×150×10mm，承載能力不低于285kN。

（3）W鋼護板規格：450mm×280mm×5mm；鋪設的網為金屬菱形網，材料為10#鐵絲，網孔規格40mm×40mm；每隔200mm用16#鉛絲聯接，雙邊搭接三花布置。

（4）錨索為?21.6mm1×19股高強度鋼絞線錨索，長度為6300mm。使用一支MSK2335和兩支MSZ2360樹脂錨藥卷進行錨固。每排打設5根錨索，間排距為1700mm×1800mm。錨索角度垂直巷道輪廓打設，要求錨索初始張拉不低于250kN。

4.3 施工工藝及要求

（1）巷道頂部支護施工工藝：掘進機割煤→處理掉頂、幫危巖→出煤→打設頂部錨桿孔→鋪設雙層金屬菱形網→安裝W型鋼護板→→安裝樹脂藥卷及錨桿→攪拌樹脂藥卷（不小于40S）→安裝高強錨桿托盤→安裝錨桿調心球→阻尼墊片→等待→1分鐘左右擰緊螺母（預緊力必須達到400Nm）→打設頂部錨索孔→安裝樹脂藥卷及?21.61×19絲高強度錨索→安裝高強錨索托盤及鎖具→用錨索張拉機具進行張拉不低于250kN。

（2）巷道兩幫施工工藝：掛網→打設錨桿孔、清孔→安裝W型鋼護板→安裝樹脂藥卷及錨桿→攪拌樹脂藥卷（不小于40S）→安裝高強錨桿托盤→安裝錨桿調心球→阻尼墊片→等待→1分鐘左右擰緊螺母（預緊力必須達到400Nm）。

（3）18220上巷采用掘進機掘進。巷道頂板較為完整時可從下向上進行割煤，若頂板較為破碎難以控制時從上向下進行割煤，掘進割煤時嚴格按照巷道的設計尺寸進行，不得出現欠挖的現場，超挖要控制在200mm以內，為后期的巷道支護創造良好的條件。

5 支護效果監測

礦壓監測結果表明，掘進期間，頂板最大下沉量80mm，兩幫最大移近量為140mm，靠采空側幫最大變形量為115mm，實體煤側幫最大移近量為25mm，底鼓量最大155mm，回采期間，頂板最大下沉量160mm，采空側幫最大變形量為261mm，實體煤側幫最大移近量為90mm，底鼓量最大388mm，巷道整體穩定，滿足生產要求，較于同類型其它巷道，圍巖變形量大幅度減小，錨桿、錨索受力穩定，圍巖穩定周期明顯縮短，頂板和兩幫煤體基本保持完整，巷道穩定。從上面的技術分析可以看出，高預應力強力錨桿支護技術能夠較好的控制該類條件下圍巖變形，提高了厚煤層沿空掘巷支護條件下巷道維護的可靠性。

6 結語

采用高預應力強力支護系統，有效提高了錨桿、錨索支護的可靠性，降低了巷道的變形量，使礦井的錨桿支護技術水平，取得

了明顯技術效果；從巷道支護材料、巷道維護費用和人工費用三個方面降低了支護成本，每米巷道支護材料成本降低1631.52元，提高了巷道掘進速度50%，實用性很強，對于該煤礦錨桿支護技術的應用和推廣具有十分重要的意義，由此可帶來很大的經濟和社會效益。

[1]吳擁政，何杰.厚煤層沿空掘巷支護關鍵技術研究報告[R].6-18.

[2]王作棠，周華強，謝耀社.礦山巖體力學[M].中國礦業大學出版社,2007,12(01):67-71.

[3]陳建明.煤礦井下巷道掘進托頂煤施工技術[J].中州煤炭,2014(03):28-28.

方玉翔（1982—）男，河南義馬人，助理工程師，2002畢業于河南工程技術學校，現從事煤礦生產技術工作。