高应力区回采巷道的联合支护.pdf

1 0 煤矿支护 2 0 0 6年第 2 期 高 应 力 区 回 采 巷 道 的 联 合 支 护 金 志刚程绪友李智 [ 大雁煤业公司生产技术部，内蒙古 呼伦贝尔0 2 1 1 2 2 3 摘要介绍大雁矿 区在高应力区综放工作 面巷道 中应用锚杆、锚索联合支护技术 的经验。 关键词 高应力 区 回采巷道 锚杆 、锚索支护 大雁煤业公 司二矿现已采到二水平2 5 0水平 。二水平 3 O 2分层 3 0 5区段综采工作 面 巷道没等圈完、 移交就开始前掘后修， 回采时边采边修， 已严重影响到安全生产， 是大雁煤业公 司二矿巷道支护的一大难题。因此研究与探索二矿高应力 3 O 运输、 回风巷的合理支护技术 具有重要意义， 为此进行了锚杆、 锚索联合支护， 有效地支撑围岩， 防止它的变形破坏。 1 地质条件及 围岩特征 四采区 3 0 5区段 3 0 煤层 为褐煤层 ， 该 煤层及围岩属于扎赉诺尔群大磨拐河组中部 含煤岩 段， 煤 的坚 固性 系数 f 值 为 1 ～ 3 。 3 0 煤层为特厚煤层 ， 在该 区域煤层 的总体 平均 厚 度 为 1 3 ． 6 3 m。3 0 煤 层 直 接 顶 为 1 ． 5 0 m厚 的泥岩 、 老 顶 为 8 ． 5 5 m 厚 的 中砂 岩 ， 其直接底板 为 0 ． 7 5 m厚 的砂 质泥岩 、 老 底为 1 2 ． 1 5 m厚的含砾泥岩。含砾泥岩固结 性较好 ， 砾径在 0 ． 5 ～2 ． 0 c m之间 ， 砾石 分选 和磨圆程度很差 ， 泥质胶结 ， 松散易碎 。围岩 特征如表 1所列 。围岩 抗压强度 均小 ， 具有 松散软弱的特点 ， 受风化后进一步软化 。 表 1围岩特征 岩 性 抗压强度／ MP a 变异系数 泥 岩 4 ． 5 8 1 2 ． 5 中 沙 岩 2 ． 3 3 3 1 I 9 8 砂质 泥岩 3 ． 9 2 1 6 ． 1 1 含砾泥 岩 1 ． 0 4 4 1 5回风巷处于原岩地应力高应 力 区。 大雁矿区位于伊一霍断裂 间断摺位 点附近 ， 在 区域地质动力场 的压扭作用下 ，在伊一霍 断裂间断摺位点附近区域产生高应力。同时 它还处于海拉尔断裂和伊敏断裂尖灭点之 间，在断裂尖断附近也往往产生高应力集 中。这两种高应力的叠加形成了大雁矿区高 应力 。经过原岩地应力测定 ，回风巷最大主 应力 为 1 1 ． 9 MP a 、中 间应 力 为 5 ． 4 9 MP a 、 最小应力 为 4 ． 6 3 MP a ，而 2 5 0车场 最大主 应力为 1 4 ． 7 MP a 、中间应 力为 1 1 ． 0 5 MP a 、 最小应力为 1 0 ． 2 6 MP a 。由此可见随着采煤 深度的增加原岩地应力也越来越大 ，平均增 加 0 ． 0 1 7 MP a ，此现象在 3 0 3 0 5区段 明显 地表现出来。巷道围岩松软破碎、孔隙率 大 ，抗压强度较低 均小于 1 0 MP a ，使 自 身 的稳定性差 ，裸露后立即掉顶 、片帮 ，需 要及时支护 ，开挖后维护困难 。巷道围岩还 受到开采等外力影响 ，作用于其顶部 的应力 大于煤、岩体本身的抗压强度故而围岩呈塑 变状态 ，而随着巷道深度的增加 ，地应力也 增加，因此呈现不稳定的塑性体。 2 锚杆、锚索联合支护设计 2 ． 1 设 计 原 则 ， 中 国 学 者 朱 浮 生 1 9 9 3 、郑 雨 天 1 9 9 5 的研究表明当锚杆预拉力达到 6 O 7 0 k N时 ，就可以有效地控制巷道顶板下 沉，并通过加大锚杆的间排距可以减少锚杆 维普资讯 2 0 0 6年第 2期 煤矿支护 1 1 数量。因此应选择高性能 预拉力锚杆配 小孔径预应力短锚索支护 。 再者 ，应尽可能保 护岩体原有强度 ，力 求 防止岩体松散 ，避免岩石出现单轴和双轴 应力状态 ，把 围岩作 为承 载体系 的主要 部 分。及时喷射混凝土封闭围岩以防岩石风 化，保证锚杆和喷层与围岩形成共同体，充 分发挥 锚杆 的加 固、悬 吊作用 和喷层 的密 封、粘贴和柔性支护作用。 2 ． 2支护 设 计 根据现代支护理论及其设计原则 ，本次 支护设计按先 行类 比设计 、理论分析校 核、 监控信息反馈的设计程序进行 。 经计 算 和 考 虑 到 施 工 条 件 ， 采 用 长 2 0 0 0 mm 的 预 拉 力 锚 杆 ， 用 C K2 8 3 5型 和 K2 8 3 5 型树脂锚 固剂卷各 1卷锚 固 ， 使锚 固 力达到 6 0 ～7 0 k N。螺母采用快速安装放松 螺母 。配小孔径预应力锚索， 直 径 2 4 m m、 长 4 ～6 m， 用 C K2 2 3 5型、 K2 2 3 5型、 Z 2 2 3 5型树 脂锚 固剂卷各 1 卷锚 固， 使锚固力达到 6 0 ～ 8 0 k N。锚索 预张力控 制在 6 0 ～8 0 k N 范 围 内， 以保持和锚杆预拉力 匹配 ， 并克服刚度低 的缺点。每间距 5 m安设 1根锚索 。同时 回 风巷喷射混凝土， 厚度 5 0 m m。前顺槽配钢 筋梯子梁 直径 1 0 mm 钢筋焊制或二矿 回收 锚杆加工即可 。由此可构成顶板预应力支 护结构 ， 提高顶板整体的抗剪强度 ， 使其破坏 不 向顶板纵深方 向发展 ； 并且使顶板岩层处 于横向压缩的状态 ， 从 而大大缓解或消除横 向弯曲变形 ， 形成只有纵 向的微小膨胀和压 缩变形 ， 因而锚杆长度范 围内和锚杆长度以 上的顶板离层得以消除。支护断面见图 1 。 3支护施工 在 2 5 0区段 3 0 回风巷进行 了 1 2 0 m锚 杆锚索支护试验。由于施工难度大 、工期 紧，考虑到施工条件对支护参数进行了调 整 。锚 杆 长 度 改 为 1 8 0 0 mm，用1 卷 C K2 8 3 5型树脂锚 固剂卷端头锚 固，锚 固力 支 护 断 面 图 匡重至 匣垦虱 钢 筋 梯 子 梁 图 1支 护 断 面 示 意 图 达到 6 0 7 0 k N。小孔径预应力锚索 直径不 变 、长度改为 4 ～5 m，树脂锚 固剂卷 型号 、 用量不变 ，锚 固力达到 6 0 8 0 k N。锚索预 张力也控制在 6 0 8 0 k N范围内。锚 索间距 改为 3 ． 2 m。后在整个工作面 回采巷道推广 并根据实际情况作了调整 。在前顺槽将钢筋 梯子梁改为钢带 ，并补设 了锚索。在切眼大 断面处 的锚索调整为每隔 1 ． 6 m安设 2根。 完工后巷道变化不大 ，均能满足施工要求 。 对 回风巷和前顺槽进行 了矿压观测。观测结 果汇总分析 ，见表 2和图 2 、3 、4 。 表 2 表面位移■ 、顶板下沉■ 单位 mm 、 表 面 位 移 量 顶 板 下 沉 量 支 护 形 式 ＼ 垂 直 1。5m 4．2m 回风巷锚杆锚索支护 0 1 1 1 1 回风巷 锚杆锚索支护 0 1 2 1 1 回风巷锚杆支 护 0 0 4 7 6 回风巷 锚杆支护 0 0 8 5 5 前顺槽锚杆支护 L l 1 8 1 0 6 9 8 8 前顺槽锚杆支护 L 3 9 7 1 4 1 2 2 l 2 O 一1 oo g 8 O 嘲{ 6 0 4 o 2 O O -圊风道 锚杆 锚 索支护 咖风道 锚 杆支 护 顺槽 锚杆 锚 索支护 时间 日 图 2 顶板下沉■曲线 图 维普资讯 1 2 煤矿支护 2 0 0 6 年第 2期 1 2 O 1 o 0 耋 8 O 6 O 噬4 0 镀2 0 O l 2 0 4 0 6 0 8 0 l O 0 时间 日 图 3 锚固范 围内离层量 曲线 图 回风道 锚杆 锚 索 支护 回风道 锚杆 支 护 前顺槽 锚杆 锚 索 支护 l 2 O 4 O 6 O 8 0 l o o 时间 日 图 4 锚 固范围外离层量 曲线 图 4 支护效果 锚杆、 锚索联合支护能够有效支撑围岩， 防止围岩变形， 满足回采巷道使用要求。 锚杆的锚固力 能达到 6 0 - 7 0 k N。小孔 径预应力锚索 的锚 固力能达 到 6 0 8 0 k N， 能保持与锚杆预拉力匹配， 并克服了刚度低 的缺点 。特殊破 碎地带 配钢筋 梯子梁或 钢 带， 并对参数进行了调整， 在适当提高锚杆或 锚索的初始预应力和锚固力的同时还增大托 盘的尺寸， 使之能够有效地支撑顶板围岩。 3 0 运输 、回风巷采用锚杆 、锚索联合 支护与采用单一锚杆支护相比，可以减少前 掘后修，减少回采时边采边修，变形量符合 有关规定，适应性强、支护强度高、整体稳 定性好，满足回采的要求，确保正常的安全 生产 ，可减少返修费用 1 6 3 ． 4 4万元 。锚索 支护技术在二矿 回采巷道中的推广应用后支 护效果显著 ，大大减少 了巷道的重复支护和 维修成本，可以解决大雁煤业公司二矿高应 力回采巷道支护的大难题。 适合采用锚杆、锚索联合支护的煤巷在 我矿区占 6 0 以上 ，因此此项 支护技术 的 应用前景非常广 阔。 第一作者简介金 志刚男 ，1 9 8 4年毕业 于乌达煤矿职工大学 。现任大雁煤业公司生 产技术部副主任工程师，高级工程师。电 话 0 4 7 0 --8 6 4 2 6 0 5 ；手机 1 3 9 4 8 0 8 0 2 0 0 收稿 日期 2 O O 5 一O 9 2 O ；责任编辑；胡林 我国能源战略重心正在加速西移 在全球能源形势发生重大变化 ，我国能 源布局面临结构性调整的背景下，资源丰富 的西部地区出现新一轮能源开发热 。有专家 分析指 出，西部煤、电、油、气开发正在对 我国现在和未来经济产生深刻影响，我 国能 源战略重心正在加速西移。 在市场需求和市场机制双重撬动下形成 的以电力建设为重点 的西部能源开发潮 ，加 速了我国能源战略重心西移 。据 了解 ，在全 国煤炭探明储量中，内蒙古 2 3 5 2 亿t ，陕西 1 6 6 3亿 t ，分别 占全 国第二、第三位。陕 西、山西和内蒙古三省 区交界处 的 1 3个县 区煤炭探 明储 量约 占全 国的 6 0 ，这里还 有大量石油 和天然气 。在煤炭远景储量中， 新疆 预 测 储 量 1 ． 8亿 t ， 占全 国储 量 的 4 0 ． 7 。另外 ，新疆还蕴藏着 2 0 9亿 t 石油 资源和 1 0 ． 8 5 万亿 m3 天然气资源，分别占 到全 国陆 上油 气 资源 总 量 的 2 5 ． 5 和 2 7 ． 9 。位于西南 的四川、云南 、贵州、广 西、西藏则是我国水能资源的富集区。在全 国规划 的 1 2大水电基地中，西南就 占了 7 个 。 摘自l 煤炭 信息l 周刊 锚 支 锚 } f 锚 锚 锚 抽；抽 道支 道槽 支 风 风 顺 维普资讯