某煤矿Ⅲ1313综放工作面巷道锚杆支护方案研究

2013-10-22高建红

山西煤炭 2013年8期

高建红

（山西煤销集团临汾矿业投资有限公司，山西临汾 041000）

1 工作面的概况

Ⅲ1313工作面北部为Ⅲ1312综放工作面（正在布置），东部和南部为矿界保护煤柱，西部为Ⅲ1314工作面。工作面为三巷布置方式：Ⅲ13131巷供进风、运煤、供水用；Ⅲ13133巷供进风、供电、供液、供水、运料用；Ⅲ13132巷供回风、排水用,工作面顺槽、切眼均沿煤层底板掘进。

该区域煤层厚度平均4.8m左右，利用巷道钻孔测出煤体强度10.05～21.20MPa。煤层伪顶为0.75m厚的炭质泥岩，抗压强度37.6MPa。直接顶为砂质泥岩，厚度2.8 m，抗压强度64.3MPa，钙质胶结，完整性好。之上为1.2 m厚泥页岩，层理较发育，抗压强度43.8MPa。再上为厚度为2m厚的砂质泥岩，节理较为发育，实验测得单轴抗压强度55.9MPa。老顶为砂岩，坚硬，实验测得单轴抗压强度87.6MPa。直接底为泥岩，厚度0.53m，水平层理发育。直接底下是平均厚度10.9m的砂质泥岩，具有水平层理。煤层顶底板岩石物理力学试验结果，如表1所示。

2 支护方案与参数设计

2.1 支护方案的理论依据

1）悬吊作用原理：锚杆把将要冒落的松软弱岩层或危岩悬吊于上部坚固稳定的岩体上，由锚杆来承担危岩或松软弱岩层的重量。

2）组合梁作用原理：在层状岩体中开挖巷道，在一定范围内当顶板不存在稳定岩层时，锚杆的悬吊作用就不处于首要地位。如果顶板中存在很多分层，锚杆在顶板的作用，一方面是通过锚杆的锚固力增大各岩层间的摩擦力，阻止岩石沿层面滑动，防止岩层中出现离层现象；另一方面，锚入岩层中的锚杆杆体使岩层的抗剪刚度增强了，可以防止岩层间的水平错动，从而将巷道顶板锚杆长度范围内的几个薄岩层锚成为一个较厚的岩石组合梁。

3）挤压加固作用原理：在巷道围岩的拱形破裂区中安装预应力锚杆时，破裂岩石在预应力作用下在杆体两端将形成带圆锥形的压缩应力区，在系统排列的锚杆群中，各个锚杆形成的压缩应力区将相互交错，就能在岩体中形成一个相当宽厚的压缩加固带，即承压拱（组合拱或压缩拱），它使巷道围岩由荷载变成了承载结构。

表1 煤层顶底板岩石物理力学性质试验结果

2.2 支护方案的确定

Ⅲ1313综放工作面距Ⅲ1309综放工作面约700 m，其围岩结构、地应力方面均趋于一致，故Ⅲ1309综放工作面采掘过程中积累的锚杆支护经验及数据在Ⅲ1313综放工作面各顺槽中均可借鉴。采用工程类比法对本工作面作出如下支护方案。如表2所示。

表2 巷道断面技术特征表

1）Ⅲ13131巷、Ⅲ13133巷、一部皮带检修横川、通风横川（1—1断面）：巷道采用高强度锚杆、钢筋托梁、金属网、塑料网、锚索联合支护系统。

a.顶板支护：由6根直径20 mm、长2 400 mm左旋无纵肋螺纹锚杆，配合SB-16-80-4700-6型钢筋托梁、35mm×35mm、5.4mm×1.1m金属网支护，锚杆间排距900 mm×10 000 m，锚杆锚固力不低于100 kN，树脂加长锚固，采用两支锚固剂，(一支K2335，一支Z2360)。钻孔直径28mm，锚固长度1 310 mm。靠近巷帮的顶板锚杆,安设时角度与垂线成10°，其余垂直于顶板。沿中线矩形布置规格SKP18×1/1860·8300锚索，排距2 000 mm，间距1700mm，锚索设计预紧力不低于110kN。

b.巷帮支护：采用6根直径20 mm、长2 400 mm左旋无纵肋螺纹锚杆，配合SB-16-80-2400-3型钢筋托梁支护，锚杆间排距1 100 mm×1 000 mm，采用规格为40mm×40 mm、1.1 m×2.8 m塑料网护两帮；靠近顶底板的帮锚杆，安设时角度与水平线成10°。锚固剂规格为Z2360。钻孔直径28mm，锚固长度830mm。锚杆锚固力不低于70kN；预紧力矩不低于100N·m。

2）Ⅲ13132巷（2—2断面）：采用高强度锚杆、W型钢带、金属网、塑料网、锚索联合支护系统。

a.顶板支护：由2根直径20 mm、长2 400 mm的22号左旋无纵肋螺纹锚杆、三根规格为SKP22×1/1860·8300锚索，配合35 mm×35 mm、5.4 m×1.1 m金属网，BHW-280-3-4700-5型W钢带支护，锚杆间排距4 400 mm×1 000 mm，锚杆锚固力不低于150 kN，预紧力矩不低于500N·m。树脂加长锚固，采用两支锚固剂，（一支K2335，一支Z2360）。钻孔直径28 mm，锚固长度1 310 mm。靠近巷帮的顶板锚杆,安设时角度与垂线成10°，其余垂直于顶板。锚索规格为SKP22×1/1860·8300，排距1 000 mm，间距1 100 mm，锚索设计预紧力不低于300kN。

b.巷帮支护：采用3根直径20 mm、长2 400 mm杆体均为22号左旋无纵肋螺纹锚杆、1根 SKP18×1/1860·5300锚索配合BHW-280-3-2700-4型W钢带支护，采用40mm×40mm、1.1m×3.0m塑料网护两帮。锚杆间排距800 mm×1000 mm，采用规格为40 mm×40 mm锚索每排1根，排距1000 mm，1.1×2.8 m塑料网护两帮；顶底板附近的帮锚杆，安设时角度与水平成10°。钻孔直径28mm，锚固长度1310mm。锚杆锚固力不小于70 kN，预紧力矩不小于100 N·m，锚索预紧力不小于110kN。采用规格为150mm×150 mm×10 mm拱形高强度托板，施工在W钢带上的锚索采用双层特殊托盘，紧贴W钢带使用200 mm×125 mm×16 mm托盘，另一块托盘型号为250 mm×250 mm×16 mm，两块托盘叠加使用。

3）切眼主断面、切眼加宽断面（3—3、4—4断面）：巷道采用高强度锚杆、W钢带、金属网、塑料网、锚索联合支护。

a.顶板支护：锚杆形式和规格、角锚杆角度、锚固方式、锚杆锚固力、预紧力矩、钻孔、锚索设计预紧力均同Ⅲ13132巷。W钢带规格：3-3断面顶板采用BHW-280-3-3900-4型，4-4断面顶板采用BHW-280-3-3900-5型和BHW-280-3-4800-6型。网片规格：3—3、4—4断面顶板均用规格为35 mm×35 mm、1.1m×4.5m金属网护顶。锚杆布置：3-3、4-4断面排距均为1 000 mm，3—3断面间距为900/600 mm，锚杆数量10根/排；4—4断面间距为900/600mm，锚杆数量11根/排。锚索：3-3断面一排3/4根依次排列，间距1 600 mm，排距 1 000 mm，锚索 SKP22×1/1860·8300；4—4断面3/4依次排列，间距1 600 mm，排距1 000 mm，锚索 SKP22×1/1860·8300。

b.巷帮支护：南帮锚杆采用杆体为22号左旋无纵肋螺纹钢筋，长度2400mm，杆尾螺纹M22，锚杆规格为MSGLW—50022/2400。树脂加长锚固，采用两支锚固剂，（一支K2335，另一支Z2360）。钻孔直径 28mm，锚固长度1310mm。南帮锚杆预紧力距、钻孔、锚杆托板均同Ⅲ13131巷、Ⅲ13133巷、一部皮带检修横川、通风横川主断面，钢筋托梁的规格同一部皮带检修横川、通风横川主断面；网片规格为40 mm×40 mm HB PP 30—30 MS 1.1 m×3.0 m的塑料护帮网护顶；锚杆布置为排距1000mm，间距800mm，每排4根。

北帮锚杆采用MGSC—20/24F玻纤树脂锚杆，锚固力不小于80 kN，采用树脂加长锚固，一支规格为Z2360的锚固剂，钻孔直径28 mm，锚固长度690 mm。北帮网规格为40×40mm，1.1×3.0m的塑料护帮网护帮。锚杆布置为排距1 000 mm，间距800 mm，每排4根。柱帽规格为200 mm×300 mm×50 mm。锚杆托盘规格为采用拱形高强度托板，托板规格为150 mm×150 mm×10 mm；SKP22×1/1860·8300锚索使用300mm×300mm×16mm平托盘。

3 施工工艺

3.1 临时支护施工工艺

临时支护方式：前探梁托网、钢筋托梁临时支护。前探梁规格：4 m长2吋圆钢，2根。前探梁钩环：4个（每根前探梁2个）。

临时支护工艺流程：退机→降下截割臂→闭锁掘进机→敲帮问顶找掉活矸活炭→翻转托梁器→抬钢筋托梁、网到工作面→将钢筋托梁、网放到托梁器上（人员站到永久支护下）→升起截割臂→开动掘进机将钢筋托梁、网移至合适位置→前移前探梁挑住网、钢筋托梁→升紧截割臂并闭锁掘进机→临时支护空顶→及时进行永久支护。

3.2 永久支护施工工艺

顶锚杆施工工艺流程为：掘进出煤→临时支护（上顶板网并用钢筋托梁托住）→敲帮问顶找掉活矸活炭→顶板中部用锚杆钻机钻孔→清孔→树脂药卷放入钻孔内→用锚杆顶住树脂药卷将其缓慢送入孔底→升起锚杆钻机后用搅拌器联接钻机和锚杆尾部→钻机转动搅拌树脂药卷到规定时间（15～30 s）→停止搅拌后等待规定时间（1 min）→锚杆钻机和锚杆尾部用安装器联接→开动钻机拧螺母→人工旋转钻机拧紧螺母→施工其它顶板锚杆。

两帮锚杆施工工艺：敲帮问顶找掉活矸活炭→用手持式煤帮钻钻帮锚杆孔→清孔→往钻孔内放入树脂药卷→用锚杆头部顶住树脂药卷并送入孔底→接金属网→上钢筋托梁→用搅拌器联结手持式煤帮钻和锚杆尾部→转动手持式煤帮钻搅拌树脂药卷至规定时间（15～30 s）→停止搅拌并等待规定时间（1 min）→用扳手拧紧螺母→施工其它两帮锚杆。

锚索施工工艺：敲帮问顶找掉活矸活炭→定锚索孔位→用钻机钻锚索钻孔→清理钻孔→向钻孔内送入树脂药卷→用锚索头部顶住药卷将其送入孔底→升起钻机后用搅拌器联接钻机和锚索尾部→转动锚索钻机搅拌树脂药卷到规定时间（15～30 s）→停止搅拌后等待规定时间（1 min）→收缩锚杆机卸下搅拌器→等待15 min→套上托板安装锚具→用张拉设备张拉锚索直到预紧力为110 kN。