庞庞塔煤矿大断面切眼强化梁控制技术

2015-02-23李龙生

现代矿业 2015年12期

关键词：槽钢跨度桁架

李龙生

(山西焦煤霍州煤电吕临能化有限公司庞庞塔煤矿)

庞庞塔煤矿大断面切眼强化梁控制技术

李龙生

(山西焦煤霍州煤电吕临能化有限公司庞庞塔煤矿)

在煤炭资源开采过程中，大跨度强化梁控制技术的广泛应用为施工人员提供了重要的安全保障。以庞庞塔煤矿9-705切眼导硐施工为例，深入分析了大跨度强化梁控制技术的应用成果，为类似工程应用提供参考。

煤炭资源开采大跨度强化梁控制技术支护设计安全保障

庞庞塔煤矿9-705切眼导硐施工顶板锚索钻孔实际揭露的顶部煤层厚8～8.5 m，黄泥层厚1.5～2.5 m，黄泥层上局部存在约0.5 m的空洞。当锚固生根点位于黄泥层时，锚固剂易黏结失效，造成锚索脱锚、虚锚，当锚固生根点穿透黄泥层达上位岩层时，由于存在层间空洞，使得锚固剂推送困难，大量锚固剂落于空洞中难以形成可靠锚固点。为提高9-705大断面切眼的支护效果，保障顶板安全，采用大断面切眼的大跨度强化梁控制技术进行处理。

1 大断面切巷大跨度强化梁控制理念

大断面、大跨度巷道顶板的破坏主要有2类形式，一类是顶板煤岩层沿煤壁整体切落，第二类是顶板弯曲并发生离层，当整个加固范围未形成结构效应时，顶板在大变形后便会发生失稳垮冒。第一类顶板整体切落的情况往往发生在顶板强度低、岩层破碎或顶板岩层泥化的条件下；第二类破坏本质上是层状顶板的不协调变形。控制顶板弯曲下沉并消除离层最直接、最有效的手段是采用大跨度强化梁控制技术。通过桁架水平拉索的水平挤压拉力作用于巷道顶板内产生一对对称弯矩，消除由于顶板弯曲产生的拉应力区，使其完全变为压应力状态[1]。同时，锚索的预紧力引起的主动力使巷道顶板产生向上的垂直位移，使顶板的下沉量被抵消，对于改善顶板的稳定性有重要作用。

顶板大跨度强化梁支护技术可针对顶板的渐进离层垮冒过程，充分调动围岩自身的稳定性，通过提高锚杆的初始径向张力，及时将松脱区岩体与上位岩体挤压加固，阻止顶板岩石松脱范围的进一步扩大。通过增大锚固范围，调动深部围岩的强度和稳定性，形成有效的加固厚度，提高锚固区岩体的强度和抗剪刚度，削弱顶板的渐次离层和垮冒[2]。当锚固范围无法达到深部稳定岩层区时，采用预拉力桁架系统，利用巷道上帮角的围岩挤压区，构建强化承载结构，形成向上的反力矩，平衡水平应力对顶板岩层的破坏作用，也可预防顶板锚固结构失效时的突发垮冒[2]。

2 设计方案与支护参数

10-705切巷断面为矩形，沿煤层底板掘进。设计切巷分2次掘进，第一次掘进毛断面尺寸4.5 m×3.4 m，第二次扩帮至设计毛断面尺寸8.2 m×3.4 m。

2.1 第一次掘进期间支护设计

2.1.1 顶部锚带网索+预应力桁架支护

顶锚杆均选用φ22 mm×2 500 mm左旋无纵筋螺纹钢高强锚杆配合W型钢带和配套蝶形垫片进行支护，每排布置6根顶锚杆，间排距800 mm×800 mm，靠永久帮顶角锚杆外扎15°布置，其余顶板锚杆均垂直于顶板布置。每根锚杆用CK2340和Z2388型树脂锚固剂各1条进行锚固，锚杆扭矩不小于250 N·m。W型钢带宽180 mm、厚2 mm，6眼长4.3 m，眼距800 mm。菱形金属网由12#铁丝编织而成，网孔规格40 mm×40 mm，网片尺寸10 m×0.9 m。

顶板采用桁架锚索和单体锚索的联合支护方式，即桁架锚索和单体锚索交替布置，单体锚索排距1.6 m，桁架锚索间排距2.5 m×1.6 m(即每排仅施工单体锚索或桁架锚索)。

(1)桁架锚索。采用φ21.8 mm高强度低松弛预应力钢绞线，锚索长10.5 m，眼深9 m，钻孔直径28 mm。采用2条Z2388型树脂锚固剂进行锚固。桁架锚索排距1.6 m，间距2.5 m。桁架锚索送入钻孔后，采用专用桁架锚索连接器连接完成并使用配套的锁具锁紧，1 h后用张拉机张拉预紧至25 MPa，锚索滞后迎头不大于1.6 m。

(2)单体锚索。掘进期间，单体锚索每排布置1根，采用φ21.8 mm高强度低松弛预应力钢绞线，钻孔直径28 mm，锚索孔深9 m，锚索长9.3 m，向外带75°外扎角度，切勿穿过黄泥层。采用2条Z2388型树脂锚固剂进行锚固，锚固长1 760 mm。单体锚索距离永久支护帮1.7 m，可采用配套的钢板和锁具张拉预紧，预紧力25 MPa，锚索滞后迎头不得大于1.6 m。锚索托盘规格350 mm×350 mm×16 mm，中孔直径24 mm。

2.1.2 巷道两帮锚带网支护

永久支护帮帮锚杆采用φ20 mm×2 000 mm高强锚杆、配套垫片，临时帮帮锚杆采用φ14.6 mm×1 600 mm玻璃钢锚杆或普通金属锚杆、配套垫片进行支护。锚杆间排距800 mm×800 mm，每排布置5根锚杆，其中第1根距顶板100 mm，与水平面呈+15°夹角，中部3根锚杆水平布置，第5根距底板100 mm，与水平面呈-15°夹角。每根高强锚杆用1条Z2388型树脂锚固剂进行锚固，每根普通锚杆用1条CK2340型树脂锚固剂进行锚固，锚杆预紧扭矩不小于180 N·m。钢筋梯子梁采用φ14 mm钢筋环形焊接而成，5眼长3.3 m，眼距800 mm。

2.2 扩刷期间支护设计

2.2.1 顶部锚带网索+预应力桁架支护

顶锚杆均选用φ22 mm×2 500 mm左旋无纵筋螺纹钢高强锚杆配合W型钢带和配套蝶形垫片进行支护，每排布置5根顶锚杆，间排距800 mm×800 mm，靠回采侧的顶角锚杆距帮250 mm，与铅垂线呈15°夹角布置，其余顶板锚杆均垂直于顶板布置。每根锚杆用CK2340和Z2388型树脂锚固剂各1条进行锚固，锚杆预紧扭矩不小于250 N·m。W型钢带宽180 mm、厚2 mm，5眼长3.6 m，眼距800 mm。菱形金属网由12#铁丝编织而成，网孔规格40 mm×40 mm，网片尺寸10 m×0.9 m。

顶板采用桁架锚索、槽钢锚索+单体锚索的联合支护方式，即桁架锚索、槽钢锚索+单体锚索交替布置，桁架锚索排距1.6 m，槽钢锚索排距1.6 m，单体锚索排距1.6 m(即施工1组桁架锚索—间隔0.8 m 施工1组槽钢锚索+单体锚索—间隔0.8 m施工桁架锚索—间隔0.8 m施工1组槽钢锚索+单体锚索，如此循环)。

(1)桁架锚索。采用φ21.8 mm高强度低松弛预应力钢绞线，锚索长10.5 m，眼深9 m，钻孔直径28 mm。采用2条Z2388型树脂锚固剂进行锚固。桁架锚索排距1.6 m，间距2.5 m，锚索钻孔与铅垂线呈30°夹角。桁架锚索送入钻孔后，采用专用的桁架锚索连接器连接完成并使用配套的锁具锁紧，1 h后用张拉机张拉预紧至25 MPa，锚索滞后迎头不大于1.6 m。

(2)槽钢锚索+单体锚索。单体锚索每排布置1根，采用φ21.8 mm高强度低松弛预应力钢绞线，钻孔直径28 mm，锚索孔深9 m，锚索锚索长9.3 m，向外带75°外扎角度，切勿穿过黄泥层。采用2条Z2388型树脂锚固剂进行锚固，锚固长1 760 mm。单体锚索距离回采帮1.7 m，可采用配套的钢板和锁具张拉预紧，预紧力为25 MPa，锚索滞后迎头不大于1.6 m。槽钢锚索每组2根，间距1.6 m，2根槽钢锚索施工完毕后，采用槽钢进行连锁。单体锚索采用配套的钢板和锁具张拉预紧，槽钢锚索采用槽钢配合锁具进行连锁张拉，预紧力均为25 MPa，锚索滞后迎头不得大于1.6 m。钢板规格350 mm×350 mm×16 mm，中孔直径24 mm。槽钢规格：14#槽钢或工字钢，长2.0 m，眼距1.6 m。切巷扩刷后每排0.8 m支设1组(2根)单体支柱，间距3.4 m。

2.2.2 帮部锚网梁支护

回采帮锚杆采用φ20 mm×2 000 mm高强锚杆，间排距800 mm×800 mm，每排布置5根锚杆，其中第1根距顶板200 mm，与水平面呈+15°夹角，中部3根锚杆水平布置，第5根距底板100 mm，与水平面呈-15°夹角。每根锚杆用1条Z2388型树脂锚固剂进行锚固，锚杆初锚力不小于180 N·m。锚梁采用φ14 mm钢筋环形焊接而成，5眼长3.3 m，眼距800 mm。