深井高地压煤巷锚杆支护技术探讨

2018-10-21王立冬

科学导报·学术 2018年19期

【摘要】顾桥矿属深井高地压矿井，巷道支护一直是困扰矿井发展的难题，如何进一步提高锚杆支护质量，确保支护的安全性和可靠性，提高锚杆支护设计的科学性和实用性，进一步降低支护成本，是当前煤巷锚杆支护工作的重要内容，也是每一位工程技术人员的重要职责。

【关键词】高地压；支护技术；效果分析

概况

顾桥矿是淮南矿业集团实施“建大矿、办大电、做资本”发展战略，建设国家亿吨级煤炭基地和大型煤电一体化新型能源基地的核心工程，顾桥矿属深井高地压矿井，为有效治理顾桥矿深井地压问题，寻求技术上、经济上均合理的巷道支护体系，根据矿井现有巷道支护和顶板管理现状及主要可采煤层顶、底板岩性等地质条件，我们在1115（1）工作面顺槽进行了相关实验，取得较高的经济效益。

1 煤巷锚杆支护技术体系

“三高一大”，即：高强度、高刚度、高预应力和锚索的大托盘（400mm×400mm）。

巷道开挖后巷道围岩发生结构变形和松动扩容变形，理论和实践观测表明，结构变形通常占整个变形的40%，而松动扩容变形占60%。

煤巷锚网支护的围岩控制应着重控制这二种变形，通过锚杆的初始预紧力一开始就对围岩进行强有力的预紧作用，消除围岩的初期松动和变形，从而调动围岩整体承载能力，而不是等待围岩产生松动变形后再去悬吊松垮的围岩，这是高预紧力锚杆支护技术的主要理念。

1.1 锚杆支护的主要作用

1）锚杆主要作用是改善发生塑性变形和破坏的煤岩体力学性质，提高其屈服后强度，改变屈服后煤岩变形特性，使破坏变得比较平缓。

2）锚杆对节理、层理、裂隙不连续面作用：通过锚杆提供轴向力与切向力，提高不连续面抗剪强度，阻止离层与滑动。提高结构面强度，提高节理煤岩体整体强度、完整性与稳定性。

3）锚杆给围岩施加压应力，改善应力状态。对于受拉区域，可抵消部分拉应力，提高围岩抗拉能力；对于受剪区域，通过压应力产生的摩擦力，提高围岩的抗剪能力

1.2 锚杆支护技术的关键因素

1）对锚杆施加较大预应力，并通过托板、钢带等构件实现预应力扩散。

2）采用加长锚固或全长锚固，使杆体对围岩离层、错动非常敏感，能及时抑制离层与错动。

1.3 锚杆预应力的作用

提高锚杆预拉力是保证巷道稳定性、控制层状顶板岩体软弱面离层的最有效、最经济手段，可以充分发挥高强度支护材料的能力，形成有效的支护强度，为解决层状顶板地下工程的支护难题探索新的途径。

1.4 预应力控制技术体系的主要内容

1）锚杆预拉力（或称初撑力）的大小对顶板稳定性具有决定性的作用。当预拉力大到一定程度时，锚杆长度范围内和锚杆长度以上的顶板离层得以消除。同时顶板的垂直压力被转移到巷道两侧岩体纵深，巷道两侧附近岩体的压力减少，片帮现象缓和。

2）锚杆的作用在于给顶板及时提供很高的初撑力以形成预应力承载结构。

3）通过对锚杆施加较大的预拉力可以充分利用水平应力来维护顶板稳定性。

4）锚杆参数和预拉力的合理配置可以使锚杆长度之内和锚杆长度之外的上覆顶板岩层都不存在离层破坏。当预拉力达到一定值后顶板岩层在不同的层位会出现一定的正应变和负应变，其累计值还不足以造成明显的顶板下沉，即预应力结构（梁）可以做到不出现横向弯曲变形，只有纵向的微小的膨胀和压缩变形。

1.5 深部巷道确定锚杆支护参数的原则

以高强锚杆为基础以高预紧力为核心的深部巷道锚杆支护参数的确定原则为：

1）高预应力（杆体屈服载荷的30-50﹪）、加长或全长锚固；

2）预应力扩散，增大护表构件的刚度和强度；

3）组合支护，锚杆锚索匹配，保证支护整体性能；

4）临界支护强度、刚度概念，不能低于临界值；

5）高强度、高刚度、高可靠性，低密度；

2 支护效果分析

2.1 工作面顺槽煤巷锚杆支护

典型巷道是1115（1）工作面轨道顺槽。选取两个较为典型的测点进行统计后得到在巷道掘进期间的围岩变形速度和变形量曲线见图1所示。

由图1可以看出，巷道在开挖后的5—7天内进入稳定状态，但经过一段时间后再观测时巷道仍有较小的变形量，表明深部巷道围岩变形表现出脆-塑性转化、流变及明显的扩容特性。巷道变形表现出明显的时间效应：即初期来压快、变形显著，当围岩变形稳定后，围岩还以一定速度长期处于流变状态。围岩的总体变形量不大，顶板最大下沉量为77mm，两帮最大移近量为90mm。巷道整体支护效果见图5。

根据矿压观测结果分析认为：在深井大跨度三软煤层的条件下，采用高强长锚杆和锚索加强支护，通过较高的预紧力充分调动围岩的自稳能力，对顶板形成了稳定的承载梁结构，有效抑制了顶板离层，对巷道开挖后的围岩变形起到了很好的控制作用，在掘进期间把巷道的围岩变形控制在了合理的范围之内。

2.2 技术经济效果分析

顾桥煤矿在1115（1）工作面上顺槽开展了煤巷锚杆支护技术工业性试验，采用新型超高强锚杆支护系统，顺利完成了1115（1）工作面上顺槽2100m的井下工程，试验与应用取得了成功。

2.2.1 直接成本计算

1）锚带网支护成本计算。

每排17根锚杆，3条钢带，锚梁为“3-2-3”布置方式，加金属网联合支护，考虑每孔2个树脂药卷。

直接成本计算如下：

锚杆45×17=765元

钢带160+100×2=360元

锚索梁（180×2+80）×0.5=220元

锚索180×3×0.5=270元

金属网12.2×10=122元