高预应力锚网索支护技术在回采巷道中的应用

2021-04-01李翔

机械管理开发 2021年7期

李翔

（汾西矿业集团两渡煤业，山西灵石 030600）

引言

通过高应力锚网支护技术的应用，可以充分实现对煤矿巷道围岩结构的主动性支护效果，有效防止煤矿巷道产生严重的收缩变形问题。针对我国某地区一处煤矿开采工作展开分析和研究，该煤矿巷道在支护工的过程中，通过使用普通的锚网索进行支护，因为受到采空区域所产生的侧向压力的影响，同时开采工作面超前支护结构压力过大，造成煤矿巷道出现比较明显的变形问题，对整个煤矿开采工作的顺利进行造成了严重的影响。因此，通过使用普通的锚索支护方法，无法实现对煤矿巷道的全面支护工作要求。而使用高预应力锚网索支护技术，可有效解决以往支护工作中存在的缺陷和不足。

1 回采巷道原有支护工作方案分析

在本次研究工作当中，回采巷道原有的支护结构采用的是普通锚网索支护方式，回采巷道过断层结构部分通过“U”形钢铜支架结构来进行支撑，原有的支护工作方案当中，顶锚杆使用的是20 mm×2 500 mm的螺纹钢锚杆来进行支撑，顶锚锁结构使用的是21.5 mm×5 700 mm的钢绞绳，巷道边部模块使用的是18 mm×2 000 mm的数值锚杆，侧面所使用的是15.5 mm×4 500 mm的钢脚绳，顶锚杆和帮锚杆之间的间距大小为900 mm，其中帮锚索网设置在采空区域的侧围柱部分，顶板和两帮所铺设的金属网规格大小为2 400 mm×1 100 mm的菱形网结构。

根据巷道回台支护工作经验分析可以看出，传统所使用的普通锚网支护工作效果，无法有效满足回采巷道的断面工作要求，同时煤矿巷道两边的收缩变形问题比较明显，尤其是针对断层部分所产生的巷道吊顶问题更加明显，局部支护结构稳定性有所不足，因此直接影响到整个煤矿开采工作面的安全性和稳定性。回采巷道所产生的收缩变形问题，主要表现在两帮收缩和底部凸起的形式，局部区域会出现比较明显的顶板下沉现象，同时在回采工作过程中回采巷道收缩总量可以达到1 050 mm，底部的突起量最大可以达到650 mm。整体而言，整个回采巷道的构造带附近区域产生的不稳定性现象比较明显，根据工作人员的进一步勘查分析可以看出，通过普通的锚网索支护工作方法，在整个煤层结构和顶板交界位置的支护安全性也有所不足，形成整个支护体系产生明显的失效现象，并且顶板的暴露倾向性更加明显，很容易影响到回采工作面的正常开采工作，如果没有及时进行加固处理会造成更加严重的安全事故。

2 高预应力锚网索支护技术的具体应用

2.1 高预应力支护理论分析

在回采巷道支护工作过程中，通过预应力支护施工主要指的是将锚索的一端直接锚固在岩石结构当中，然后在自由端进行张拉，回采巷道当中存在的一些不稳定性岩石条件进行加压加固处理。通过高预应力支护施工要求，对岩石结构所施加的预应力不能低于300 kN，属于一种主动支护工作方法。在高预应力作用条件下，围岩结构会产生强大的压缩力作用，可以进一步提高围岩结构的整体性以及承载能力，同时还可以有效控制煤矿巷道围岩结构出现的早期变形以及顶板离层问题[1-2]。通过预应力锚索支护施工技术的有效应用，可以保证支护结构可以和围岩结构之间形成完整的复合体，提高支护岩体结构的抗剪切能力和抗拉能力，防止采空区域所生成的侧向压力对回采巷道的结构稳定性产生不良影响，以提高回采巷道的工作安全性。

2.2 高预应力锚网索支护方案的分析

通过对本次回采巷道煤层原支护施工方法所产生的巷道变形问题进行分析和研究，工作人员认为通过合理选择回采巷道的支护工作方法，是提高巷道结构稳定性的有效方式。充分考虑到本次回采工作面煤层结构的特性情况，巷道构造因素影响煤矿厚度以及煤矿巷道断面要求等，决定在该煤矿开采工作当中，针对回采巷道使用高预应力锚网索进行支护，以此来有效提高回采巷道结构的安全性和稳定性。

在顶板支护工作过程中，顶部锚杆选用的是20 mm×2 000 mm的高强度钢筋螺纹钢杆结构，钢托盘的规格大小为150 mm×150 mm×10 mm，锚杆的排间距大小设定为950 mm×900 mm 每一根锚杆使用MSK2380型锚固剂对其进行加固处理，同时使用21.5 mm×6 500 mm的钢绞线材料。钢托盘规格为300 mm×300 mm×15 mm，锚索的排间距设定为900 mm，同时每两排设置4 根锚索，分别根据不同的锚孔位置来进行加固处理，顶网部分使用的是2 100 mm×1 000 mm 钢筋网结构，每排共设置出两片呈横向铺设。

回采巷道两帮位置支护工作使用的是20 mm×2 000 mm的高强度螺旋钢锚杆材料，托盘规格和顶部锚杆规格保持相同，锚杆之间的排间距大小设定为800 mm×900 mm，其中顶角锚杆距离顶板位置为350 mm 和水平方向呈25°角。锚固力大小不能低于75 kN。锚索之间的排间距设置为900 mm×1 600 mm，锚固方法和顶部锚索加固方法保持相同，预应力大小不能小于300 kN。

2.3 支护工作效果分析

通过使用高预应力锚网支护技术，整体的支护部的效果非常明显。通过实际勘察工作发现，煤矿巷道收缩变形量超过75%以上，出现在回采工作面的超前段，因此在该回采工作面的回风巷道，距离开采场100 m 范围之内设置出十字交叉测量点，可以对煤矿巷道的围岩结构变形情况进行实时性观测，相关工作人员通过实际观测工作结果分析可以得出，随着回采工作的进一步推进，顶板底部累计收缩变形量达到了228 mm，设计高度达到了7.5%，同时顶板底板位置的收缩变形量，主要出现在开采场前方的25 m 范围之内，大约占到总收缩变形量的83%左右，两侧位置的累计收缩变形量为540 mm。收缩量达到设计尺寸的10.5%，帮收敛变形问题主要发生在开采场前方的30 m 范围之内，为了充分了解回采巷道顶板内部的整体情况，在采场前方区域50 m 范围之内，向顶板位置进行打孔勘察。通过勘查工作结果可以得出，顶板距离顶煤层和顶板交接位置，离层量最大为12 mm，平均大小为4.3 mm，离层情况并不是非常明显。由此可以看出，在本次回采巷道当中，通过高预应力锚网索支护工作方法，可以进一步提高巷道支护结构的整体稳定性，巷道变形量和顶板的离层量相对较小，可以充分满足煤矿开采工作面的实际要求。