高强预应力让压锚网索支护技术在深井沿空掘巷中的应用

　　摘要:随着煤矿开采深度的不断增加，巷道稳定支护日益成为深部开采的一大难题,目前在众多煤矿的深井巷道支护中，锚杆破断甚至支护体系失效等问题日渐突出。高强预应力让压锚网索支护充分调动围岩自身的稳定性，促成巷道顶板形成了稳定的承载梁结构，减缓两帮围岩的应力集中程度和岩体破坏现象，有效控制了顶板下沉，限制了厚层复合顶板中软弱夹层的破坏，特别在煤岩交界面上的离层控制方面发挥了重要的作用，保证了深井大断面厚层复合顶板巷道的安全稳定。
　　关键词:高强;让压;锚网索;支护;技术
　　
　　1．工作面概况
　　1301工作面位于郭屯煤矿工业广场以西偏南，北端距工业广场约1000m；南部至邵集村以北约800m，以东约150m处为文庄村，地表大部为农田，有零星建筑,地表无常年积水。煤层赋存较为稳定,结构简单,煤厚平约为3m；局部有伪顶含夹矸，伪顶为泥岩，厚约0-2m；夹矸为炭质泥岩，厚约0-1.2m；直接顶为中细砂岩，厚约8.0m。煤层倾角3°～16°，平均12°。1301工作面水仓与1301胶带顺槽平行布置，留设5m小煤柱，巷道规格为宽×高=4.7×3.5m，总工程量65m，此段巷道以后将做为1303轨道顺槽使用。
　　
　　图11301工作面煤（岩）层地质柱状图
　　2．支护设计机理
　　通过巷道周围围岩受力分析可知：回采前，巷道基本处于静压对称分布应力场中；1301工作面回采后周围岩体受侧向支撑动压影响，围岩受力结构呈现不对称性，此时巷道正常支护强度不能适应应力变化的要求，巷道围岩将会在短时间内发生变形、跨冒等现象。为确保1301工作面回采后，1301工作面水仓支护完好，能作为1303工作面轨道顺槽继续使用，需对现用支护形式加以改进，提高支护强度，使支护强度能够平衡巷道围岩的压力显现。所选支护形式必须能适应采深大、地应力高，动压复杂条件。鉴于1301工作面顶板有0～2m厚的泥岩，为解决深部巷道支护及锚杆系统支护效率等问题，我矿与山东科技大学合作，充分地考虑了巷道的布置、施工断面、支护方式、支护材料、支护参数的选择，1301工作面水仓施工拟采用高强预应力让压锚网索复合支护结构，为今后沿空掘巷施工探索新的支护方案。
　　3．高强预应力让压锚杆（索）特点
　　（1）高强度、高预紧力让压锚杆与普通螺纹钢锚杆相比，除在材料强度上有所增加外，更主要的是在托盘与螺母之间增加了一个长40mm的让压环、两个平垫、一个摩擦垫圈，通过让压构件使巷道掘进初期以及受动压的影响，围岩弹性变形得到一定的释放，从而提高锚杆的抗变形能力，亦减少应力变化对锚杆（索）的冲击，避免锚杆（索）安装后早期过载或破坏。让压件的合理让压量，既能允许顶板压力和变形尽可能地、有控制地释放，又能防止顶板发生过大的下沉或变形破坏；既能让锚杆（索）充分发挥其支护性能，又能避免因过载而遭到破坏，提高了防冲性能，防止巷道支护失效。
　　（2）锚索主要对锚杆组合拱起悬吊作用，为了使锚索与围岩、锚固剂有机的结合为一体，提高锚索的锚固力、可靠性和稳定性。在锚索的锚固段加入2支锚固剂，使树脂锚固剂与锚索、围岩紧密耦合；锚索索具与锚索盘之间增加防冲让压件，防止锚索承载较大时锚索线破断，提高了锚索可靠性。
　　（3）该锚杆（索）使用的托盘承载能力、承载面积和支护件杆体的承载能力匹配性高，不会造成托盘破坏而支护件杆体受力很小或锚索因变形余量小线体突然断裂的现象。
　　4．水仓支护方案参数的确定
　　（1）顶锚杆采用高强预应力让压锚杆，锚杆结构参数和强度参数为：材质Q500MPa，直径Φ20，长度L=2400mm，锚杆托盘150×150×8mm。顶帮锚杆组装见图2。
　　（2）帮锚杆采用高强预应力让压锚杆，锚杆结构参数和强度参数为：材质Q500MPa，直径Φ20，长度L=2000mm，锚杆托盘150×150×8mm。
　　（3）锚索采用高强预应力让压锚索，锚索结构参数和强度参数为：材质Q1860MPa，直径Φ17.8，长度L=6300mm，锚索托盘200×200×10mm。锚索组装图见图3。
　　
　　图2预应力让压锚杆组装实物图图3预应力让压锚索组装实际图
　　（4）顶板采用W钢带，钢带结构见图4。
　　
　　图4顶板钢带图图5两帮钢带图
　　（5）两帮部采用W钢带。钢带结构见图5。
　　（6）顶帮金属网选用冷拔钢丝焊接网。规格为：100×100mm，钢丝直径不小于8.0mm。
　　（7）锚杆安装预紧力不低于4T，安装扭矩不低于260N.m；锚索安装预紧力不低于8T。顶锚杆正常情况下用顶锚杆钻机既可达到此要求；帮锚杆安装过程中需要使用扭矩放大器来预紧锚杆螺母，以达到设计预应力。
　　（8）锚杆(锚索)钻孔直径为28mm，锚杆锚固剂用量为K2370×1；锚索锚固剂用量为K2370×2。
　　（9）锚杆、锚索布置见图5、图6所示
　　
　　图6支护断面图图7支护平面图
　　5．锚杆(索)安装要求
　　正确的安装锚杆对充分发挥锚杆的作用，改善顶板的支护状态是至关重要的。合格的锚杆安装后应具有足够的安装载荷，最大的拉拔力以及合理的锚杆外露长度。
　　（1）锚杆安装
　　①打孔，用锚杆机施打设计深度的钻孔。
　　②把树脂药卷和组装好的锚杆推入规定的孔位。利用锚杆搅拌器通过锚杆机的上推力把树脂推入孔中直到锚杆托盘离顶板20mm左右。注意在开始上推树脂时严禁旋转，严禁把托盘紧压在顶板上。
　　③完成第2步后，迅速开钻旋转锚杆搅拌15～30s(旋转搅拌时不要施加上推力)，然后顺势上推锚杆使托盘贴近顶板(托盘与顶板留有一定间隙)。
　　④完成搅拌后等待45～60s左右让树脂充分凝固。
　　⑤上紧螺母：启动钻机旋转搅拌器上紧螺母。在紧螺母时应给最大扭矩而不要施加上推力以最大限度的上紧螺母。
　　⑥帮锚杆要借助扭矩放大器上紧螺母，以达到规定的安装应力。
　　 锚杆安装可以总结为：一推(推树脂入孔到规定位置)，二转(旋转搅拌树脂)，三等(等树脂充分凝固)，四紧(紧固螺母)。
　　 在安装过程中要严格按安装步骤。否则会出现“长尾锚杆”或打不开阻尼现象。这会大大影响锚杆支护效果，甚至失效。
　　（2）锚杆安装质量检查
　　为了充分发挥每根锚杆的作用，正确的安装锚杆对于充分发挥锚杆的作用，改善顶板的支护状态，有效地控制顶板，减少锚杆用量，提高掘进速度都是至关重要的。
　　为达到合理有效的支护效果，必须保证锚杆的安装应力，严格的锚杆安装质量是保证巷道支护效果的前提。合格的锚杆安装应该满足下列标准：
　　①充填阻尼必须全部脱落，否则锚杆无法达到安装载荷。
　　②塑料垫圈必须溶化并挤出。
　　③锚杆外露长度不能超过30～50mm。
　　④用扭矩扳手检验，扭矩不能低于260N.m。
　　⑤锚杆安装必须贴近顶板，托盘与顶板中间不能出现明显悬空。
　　（3）锚索安装
　　①钻孔深度大于锚索长度(从托盘到锚索前端的距离)3～5cm。
　　②钻孔打好后，轻轻将选定的锚固剂推入钻孔，要确保不使锚固剂外壳破裂。
　　③用安装好垫圈和托盘的锚索将锚固剂缓缓推入钻孔，直至推不动为止。
　　④将预先安装在钻机上锚索搅拌器跟锚索的尾部连接，快速搅拌锚固剂，搅拌锚固剂的同时钻机推力要最大。锚固剂搅拌时间为25～30S，搅拌锚固剂停止时要确保锚索托盘靠近岩面。
　　⑤搅拌完毕10~15min后，用锚索涨拉器拉紧锚索，锚索预紧力要达到8T。
　　⑥Φ17.8mm高强锚索的拉拔力需要大于30T，设计选用K2370锚固剂2支，正常情况下可以满足锚索的拉拔力，试验过程中应不定期进行锚索施工质量的拉拔力抽检。
　　6．结论
　　（1）高强预应力让压锚杆（索）在1301工作面水仓应用的成功，为深井沿空掘巷煤巷支护技术研究提供了成功的范例，具有一定借鉴意义。
　　（2）采用高强让压锚杆、让压锚索、钢带、网联合支护，既加固了围岩，又给锚杆提供了可靠的着力基础，提高了岩层的自承和承载能力，有效地控制了巷道围岩的早期离层和动压的剧烈影响，可满足围岩变形激烈、松动范围大、受动压影响巷道的支护要求，是刚柔并济的主动支护形式。
　　（3）高强让压锚杆加让压锚索组合支护，打破以往顶板差、锚杆间排距加密布置的惯例，取得比加密锚杆更为明显的效果，改变了一种“锚杆越密支护越可靠”的观念具有很强的变革意义。
　　参考文献
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　　[2]侯朝炯，郭励生，勾攀峰.煤巷锚杆支护.徐州：中国矿业大学出版社，1999
　　[3]作者：朱红亮.高强预应力强化支护技术应用实践.中华论文网.2011
　　[4]李伟民，李德元，高维宇，许凤国.让压支护技术在大采深、高地应力巷道的应用.煤矿支护.2006

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