摘要：隨著煤礦開采深度的不斷增加，井下煤礦巷道所受的地應(yīng)力越來越大，尤其在地質(zhì)構(gòu)造活動強烈的地區(qū)，井下巷道支護及保持其穩(wěn)定性更加困難。根據(jù)深部軟巖條件下煤礦巷道錨桿支護效果不理想的情況，研究高地應(yīng)力軟巖環(huán)境下巷道科學(xué)的支護方式是保證煤礦采掘深部煤層的關(guān)鍵。礦井支護實踐證明高強高預(yù)應(yīng)力變形讓壓錨桿均壓錨桿能夠有效的解決深井高地壓巷道支護存在的問題。
概況
阜新礦業(yè)集團五龍煤礦劉家區(qū)-536(地面標高為+179m)回風(fēng)石門在掘進過程中面臨著非常嚴重的支護問題。巷道開掘后，圍巖變形非常劇烈，頂板和兩幫破壞嚴重，底鼓量大，雖經(jīng)過多次翻修，仍不能控制巷道變形，大多數(shù)巷道前面掘進后面翻修，嚴重的影響了巷道的掘進速度和安全生產(chǎn)。為了解決巷道變形的實際問題，頂板采用了全錨索支護，此方案雖改善了巷道的支護狀況，但掘進速度慢，成本高。為從跟本上解決巷道支護實際問題，必需對巷道支護方式進行研究，探索出一套合理的支護方案。
劉家區(qū)-536回風(fēng)石門采用半圓拱型巷道，巷道寬度為5300mm，高度為4250mm。原巷道支護頂板采用錨桿及加強錨索支護，錨桿間排距為800mm×800mm，加強錨索間排距為1200mm×3200mm；兩幫采用全錨桿支護，間排距為800mm×800mm。
1地質(zhì)條件
劉家區(qū)-536回風(fēng)石門巷道圍巖為煤巖互層，巖石普氏系數(shù)4—6。巷道頂板有一層薄煤層。
2支護原則的確定
根據(jù)井下觀測分析及井下地質(zhì)條件，支護巷道的破壞形式為典型的高地應(yīng)力顯現(xiàn)，支護系統(tǒng)沒有能夠控制住圍巖松散流動圈的擴展，沒有觀察到錨桿受力明顯增加現(xiàn)象，說明錨桿支護系統(tǒng)沒有發(fā)揮它應(yīng)有的作用。
存在主要問題：第一錨桿安裝載荷不足；第二錨桿長度不夠；第三表面控制效果不好。
要想讓支護能滿足及時有效的控制破碎區(qū)范圍的擴展，具體來說應(yīng)滿足下列原則：
(1)錨桿的支護范圍：錨桿的長度不應(yīng)小于巷道開挖后初始松動圈的范圍，并有至少有400mm錨固在穩(wěn)定區(qū)內(nèi)。
(2)錨桿的安裝應(yīng)力：錨桿的安裝應(yīng)力是控制圍巖早期變形的控制松散破碎變形圈擴展的重要參數(shù)。安裝應(yīng)力過小會使圍巖發(fā)生過大的早期變形，松散破碎圈大，引起頂板破碎，松散破碎圈擴展最終造成錨桿失效。
(3)支護強度：在采深高應(yīng)力的情況下，一旦錨桿施工一定的預(yù)應(yīng)力，錨桿桿體的強度必需提高，這就要求錨桿的單根強度加大。
(4)錨桿變形讓壓性能：為了防止錨桿承受過度載荷而破斷，錨桿必需具有變形讓壓性能，且這種讓壓必需是有控制的讓壓?？刂谱寜壕褪钱斿^桿桿體達到屈服強度時，支護系統(tǒng)開始通過讓壓裝置讓掉部分圍巖變形起到保護錨桿的作用，同時又保證圍巖的穩(wěn)定性。合理的讓壓性能應(yīng)能做到錨桿在一定的噸位上穩(wěn)定讓壓以保證巷道支護效果和防止錨桿破斷。
(5)表面控制：為了保證巷道長期穩(wěn)定性和防止錨桿失效，巷道表面控制也是非常重要的。
(6)輔助支護：合理有效的輔助支護可以與錨桿支護形成的一個整體，保障巷道支護長期有效性，適應(yīng)地質(zhì)和采礦條件的變化。
3錨桿支護系統(tǒng)參數(shù)的確定
錨桿的參數(shù)包括：錨桿的長度、錨桿的安裝載荷、錨桿的布置形式、錨桿桿體的直徑、錨桿的間排距、錨桿的延伸讓壓性能、托盤的尺寸及強度、表面控制等。
(1)根據(jù)現(xiàn)場地質(zhì)條件分析，回風(fēng)石門采用2.4m長度錨桿，穿過斷層及泥巖層區(qū)域采用3m長錨桿。
(2)錨桿的安裝應(yīng)力：對泥巖等流變形圍巖，應(yīng)保證足夠的安裝應(yīng)力。根據(jù)經(jīng)驗分析，錨桿的最小安裝應(yīng)力為5～6t，以保證松散流動區(qū)不進一步擴展。
(3)錨桿直徑和強度：選用D20HB500高強鋼作為錨桿的桿體，其屈服強度大于15.3t，抗拉強度大于20.2t。
(4)間排距：-536回風(fēng)石門錨桿排距為900mm，間距為800mm。
(5)讓壓管：由于巷道變形量大，在錨桿長度和安裝應(yīng)力合適的條件下，錨桿支護系統(tǒng)將發(fā)揮其應(yīng)有的作用并承受圍巖的變形載荷。然而圍巖部分是無法控制的，高強度鋼的延伸率低，容易在絲部發(fā)生脆斷，所以錨桿系統(tǒng)必需要有控制讓壓能力。根據(jù)選擇的錨桿強度，讓壓管的控制讓壓能力為12～15t，長度為40mm。
(6)錨固長度和錨固力：每套錨桿選用2卷k2535樹脂藥卷，錨固長度達到1m，錨固力大于23t。
(7)托盤尺寸和強度：采用與所選擇錨桿想匹配的150mm×150mm×8mm托盤，其強度為23t。
(8)表面控制：為了控制圍巖的脫落，用金屬網(wǎng)及鋼筋梯作為表面控制的方式。
(9)噴漿：巷道掘進后初噴30～50mm，45天左右終噴，以保證不會由于巷道彈性變形而破壞噴體。
(10)輔助支護：為了提高巷道的服務(wù)年限適應(yīng)地質(zhì)條件的變化，采用錨索作為輔助支護。錨索長度為9m，錨索直徑為17.78mm間排距為1600mm×1800mm。
4表面控制
由于巷道在軟巖中掘進，且因受到動壓影響，表面控制對于充分發(fā)揮錨桿支護系統(tǒng)的作用非常重要。有效的表面控制系統(tǒng)應(yīng)保證無片幫和冒頂現(xiàn)象，錨桿和表面控制系統(tǒng)一起形成最佳組合梁，表面控制包括：高強托盤：與錨桿強度相匹配；鋼帶：H型鋼帶可以把錨桿聯(lián)結(jié)成一個整體，并具有很好的表面控制效果。金屬網(wǎng)：金屬網(wǎng)不僅防止漏矸漏頂，而且其自身的變形可以控制兩幫變形，并可以與錨桿、鋼帶形成的一個整體，增加了支護系統(tǒng)的整體性。
5支護效果
五龍煤礦劉家區(qū)-536回風(fēng)石門采用高強讓壓均壓錨桿支護后，通過對巷道的表面變形量、頂板離層和圍巖深部變形監(jiān)控、監(jiān)測表明，巷道在掘進過程中變形量大大降低，巷道底板優(yōu)為顯著，原前掘后翻，現(xiàn)采用高強讓壓均壓錨桿支護后，巷道變形量能夠滿足正常生產(chǎn)的要求，不需要翻修，減少了巷道維修和翻修量。
6結(jié)論
通過井下的實踐高強讓壓均壓錨桿能夠滿足高地應(yīng)力，軟巖巷道的支護質(zhì)量和支護強度的要求，在施工過程中巷道變形量明顯減少，支護效果顯著，提高了巷道的掘進速度，減少了巷道翻修維修量，降低了巷道的支護成本，保證了安全生產(chǎn)，具有較高的推廣價值。
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