注浆配合强力锚索支护在煤矿大巷加固中的应用--中国期刊网

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注浆配合强力锚索支护在煤矿大巷加固中的应用

发表时间：2020/10/27 来源：《基层建设》2020年第19期作者：胡楠

[导读] 摘要：针对煤矿井下巷道预应力锚索支护技术的应用实践进行了分析探讨。

        国家能源集团宁夏煤业有限责任公司梅花井煤矿宁夏灵武 750409
        摘要：针对煤矿井下巷道预应力锚索支护技术的应用实践进行了分析探讨。对预应力锚索在西曲矿特大断面开切眼、强烈采动影响巷道的案例进行了实践应用的分析，提出了存在的问题，并提出了相应的改进建议。实践应用效果表明，预应力锚索支护技术能有效控制煤矿井下巷道围岩的变形量，支护效果理想，为实现西曲矿高产高效安全的开采目标奠定了基础。
        关键词：煤矿；深井；支护技术
        引言
        矿井巷道支护是避免煤矿开采过程中巷道围岩发生变形的重要措施，好的巷道支护方案能有效避免巷道围岩表面出现大的变形。本文主要结合矿井巷道具体情况，对其支护技术方案进行了科学设计，并检验了巷道支护技术方案的实践应用效果。
        1巷道锚杆锚索支护方案设计
        1.1锚杆支护方案参数
        （1）顶板锚杆。巷道顶板使用的锚杆为左旋无纵筋螺纹钢锚杆，材料需要经过强化热处理以提升锚杆材料的力学性能，成品锚杆屈服强度必须达到500MPa，延伸率超过20%，常温条件下的冲击吸收功超过40J。锚杆直径和长度分别为22mm和2.4m。利用钻孔直径为30mm的钻机进行打孔，锚固长度约为2.3m。安装时需要配合使用树脂型锚固剂，数量为4支，型号为MSM2360和KSK2335各2支。此外还需要用到紧配螺母和碟形托盘，其中使用的螺母型号为M24，托盘的规格尺寸为150mm×150mm×36mm，材料厚度为12mm，屈服强度不得低于235MPa。锚杆安装时的预紧力矩必须达到400N•m，锚固力大小必须超过190kN。锚杆的间距设置为0.8m，相邻两排锚杆之间的间距设置为0.8m。与帮部位置邻近的锚杆与顶板倾斜15°向外安装，其他所有锚杆均与顶板垂直安装。此外安装时还需要使用钢筋托梁，托梁为直径为16mm的Q235钢焊接制作，其宽度和长度分别为0.22m和5.2m。使用托梁时还需要配备使用W型钢护板，护板的规格尺寸为450mm×280mm×5mm。顶部还需要使用金属网对其进行保护，金属网由10＃钢丝焊接制作，网孔为菱形，边长为50mm。制作的钢丝网宽度和长度分别为1m和5.7m，金属网搭接时搭接宽度不得低于100mm，通过16＃铁丝双边呈三花形牢固捆扎，间距20cm。
        （2）帮部锚杆。巷道帮部位置使用的锚杆不管是规格、材料类型等全部与顶板完全相同，安装过程中使用的配套零部件也基本相同。使用2支树脂型锚固剂进行加长锚固，型号分别为MSM2360和KSK2335。钢筋托梁的宽度和长度分别为0.08m和3.2m。金属网的宽度和长度分别为1m和3.3m，其他尺寸及安装方法与顶板相同。锚杆的间距设置为1m，相邻两排锚杆的距离设置为1m。与顶板临近的锚杆与帮部成15°向上安装，与底板相邻的锚杆与底板成15°向下安装，中间锚杆全部与帮部围岩垂直安装。
        1.2锚索支护方案参数
        巷道顶板中使用的锚索为高强度预应力钢绞绳，其直径和长度分别为21.8mm和6.3m。查阅相关数据发现，该种类型的锚索其抗拉强度超过1860MPa，延伸率则超过7%。锚索在安装时使用3支树脂型药卷进行加长锚固，其中2支型号为MSM2360，1支型号为KSK2335。钻孔直径和锚固长度分别为30mm和2m。锚索安装时需要使用高强度蝶形托盘，其规格尺寸为300mm×300mm×60mm，托盘材料为Q235钢，厚度不得低于15mm。为确保安装过程的顺利推进，拱形托盘中心孔直径需要比锚索直径大2~3mm。锚索之间的间距设置为1.6m，相邻两排锚索之间的距离设置为1.8m。采用预应力安装，安装时预紧力大小需要保持在350kN以上，待安装完成锚索保持稳定后，预应力也不得少于250kN。锚索安装时全部与顶板保持垂直。
        2部软岩巷道稳定性控制技术
        根据对城郊矿的现场调研，及围岩松动圈测试、围岩物理力学性质测试的定量分析，并结合以往巷道支护研究的经验，对城郊矿深部高应力软岩巷道支护机理分析如下。
        2.1强化锚杆主动支护技术
        当进行采掘施工以后，围岩一旦受到影响，如不能使巷道得到有效支护便会导致的变形有围岩的结构变形和岩层因松动扩容而变形。通过理论及实践的观测后证明，占整个变形的30%是由于结构变形导致的，占70%的是因松动扩容而变形导致的。巷道浅部围岩主要会发生岩层的松动扩容变形，其是因为巷道开挖卸荷而造成的，如果不能对巷道进行有效且及时的支护措施，则扩容变形就会快速地演变成围岩的破裂或垮冒。

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        2.2高预应力
        在进行锚杆安装的同时施以充足的预应力，不仅可以使锚杆支护系统的初始滑移量被消除，而且还可施加一定的围压给围岩，从而使围岩的应力环境得到改善，使围岩的残余强度极大地增强了，围岩的自承能力也得以发挥。围岩的受拉截面能使一部分拉应力被抵消，进而让抗拉能力很大程度的提升；其受剪截面因为应力产生的摩擦力使得加固体的抗剪能力被大幅提升。因此，及时对锚杆施加一定的预应力，可使巷道围岩避免过早出现张开裂缝，进而让围岩的弱化过程大幅减弱，利用岩体的自身强度及时性的参与到承载过程中，便使整体的承载结构得以形成，从而使巷道的长期稳定性得以保证。
        2.3高强度
        由于强烈动压通常会影响到深部巷道，使得高预应力锚杆的荷载大量增加，这样杆体及其配套螺母，还有托盘强度就要与动压力、大程度变形相适应；基于高预应力，高强锚杆或超高强锚杆会使高阻让压的工作状态得以进一步的实现，使围岩变形被限制。锚杆支护材料朝着强度、刚度及可靠性高的方向发展，从而使得巷道的支护效果和安全程度得以确保。
        2.4锚杆强化支护技术
        其本质是以高性能锚杆为主的支护技术，对于锚杆及杆体的材质要求是必须与强度高、延伸率及锚固要求相符合，附件必须完整，且要与整体的强度、几何尺寸相匹配，可以达到钻机连续一体化安装的要求，并使高预应力的安装得以实现。
        3巷道锚网支护技术
        目前单一的支护方式无法满足深部软岩巷道围岩变形的要求，客观上要通过综合治理协同支护来维持软岩稳定。
        3.1支护体系
        对于支护选型，要以围岩自稳能力得以充分利用和维持，围岩支撑结构得以强化为标准，支护技术要优先选用主动加固方式，且还包括预应力锚杆支护、混凝土喷层、围岩注浆加固等技术。因此，支护设计的指导思想为：核心为高预应力、深部软岩巷道以高强为基础的联合支护体系，主体支护是高强预应力锚杆所形成的组合拱，加强支护采用小孔径预应力锚索，局部极为破碎地段采用锚注加固。
        3.2锚杆支护体系
        主要包括：高性能杆体、高强度拱形托板、与锚杆配套的一体化安装扭矩螺母配球垫、减摩垫片等；合理的锚杆直径、长度和锚固参数（锚固剂直径与长度、锚固长度）；钢筋网与钢带。
        3.3锚索支护技术
        为弥补锚杆支护在特殊条件下的不足，以小孔径预应力锚索支护作为主要加强支护方式。包括合理的锚索长度、锚固长度、预应力设计，锚索与锚杆的协同作用等内容。
        3.4喷射混凝土
        喷层主要用以维护锚杆间的围岩稳定及其防止围岩风化。因为加厚喷层的支护效果不明显，所以喷层厚度是为了达到支护工艺以及封闭围岩的要求，2次喷层厚度总计不大于120mm。
        3.5二次锚注加固
        在全断面的一次支护完成后，要进行二次锚固的有：局部破碎区域的顶、帮和底角。
        3.6安全监测技术
        包括巷道表面位移的监测、巷道深部围岩位移监测、锚杆工作应力的监测、锚杆拉拔力的检测等内容。
        结语
        预应力锚索支护技术在西曲矿特大断面开切眼、强烈采动时影响巷道的实践应用效果表明，预应力锚索支护技术能有效控制煤矿井下巷道围岩的变形量，支护效果理想，为实现该矿高产高效安全的开采目标奠定了基础。
        参考文献：
        ［1］康红普，王金华，林健．煤矿巷道锚杆支护应用实例分析［J］．岩石力学与工程学报，2010，29（4）：649－664．
        ［2］孙玉福．高强度锚索支护技术及在潞安矿区的应用［J］．采矿与安全工程学报，2010，27（4）：595－599．