高预应力高强锚网索主动支护技术应用研究

2022-01-15毕璐璐

山东煤炭科技 2021年12期

毕璐璐

（山西高平科兴米山煤业有限公司，山西高平 046700）

1 工程概况

山西高平米山煤矿开采15#煤层，平均埋深约200 m，平均厚度2.96 m，倾角3°～8°。15#煤层为全区稳定可采煤层，煤层结构简单，仅局部含少量夹矸，其顶板为K2 灰岩、泥岩等，底板为泥岩、铝土质泥岩等。15#煤层的综合地质柱状图如图1。

图1 15#煤层综合地质柱状图

目前，一采区的资源基本回收完毕，为确保生产接替有序，开始布置二采区运输巷。二采区运输巷呈南北走向布置，其北为三条大巷，以西为二采区回风巷，两者间的保护煤柱宽30 m，以东为未开采实体煤，井下相对位置如图2。二采区运输巷沿15#煤层顶板掘进，矩形断面，净宽5.3 m，净高3.0 m。

图2 井下相对位置示意图

此前，15#煤层的巷道支护主要采用架棚支护，不仅巷道掘进成巷速度慢、工人劳动强度大，而且部分巷道在强采动影响下表现为非线性大变形破坏，严重制约井下安全高效生产。

2 高预应力高强锚网索主动支护技术

根据15#煤层巷道架棚支护存在的问题，结合二采区运输巷的工程地质条件，提出了以“高强协同、高预应力”为核心的锚网索主动支护技术。通过锚杆索的高预应力、高强主动支护，可有效减小支护密度，缩减施工时间，提高成巷速度，降低工人劳动强度。

2.1 关键技术分析

（1）高强支护。在选材上锚杆采用左旋无纵筋高强螺纹钢锚杆，直径20 mm，屈服强度不小于400 MPa，极限破断载荷不低于217 kN，并配套高强托盘和高强螺母，提高主动支护系统的整体刚度；在技术上采用树脂加长锚固，增加锚杆锚固黏结长度，提高整个锚固系统刚度[1]，从而增强锚固区域的抗变形能力，实现锚杆高强支护。

（2）高预应力。只有对锚杆施加足够大的预紧力，才能有效改善围岩力学性能，控制围岩内部裂纹的萌生发育，真正实现锚杆的高强主动支护[2-3]。为确保二采区运输巷锚杆的高强主动支护，顶板锚杆的安装预紧扭矩不小于350 N·m（实测预紧力为58 kN 左右），两帮安装预紧扭矩不小于200 N·m（实测预紧力为30 kN 左右）。

（3）协同支护。锚杆支护仅可控制其长度范围内的浅部围岩变形，对深部围岩的作用影响较小[4-5]。为保证巷道围岩的长期稳定，选用直径为17.8 mm 的1×7 股高强度、低松弛钢绞线锚索，极限破断载荷353 kN，将深部围岩与浅部围岩有机结合起来，形成更大范围的复合锚固承载结构，确保深部围岩与浅部围岩的变形协同。

2.2 围岩控制方案

（1）顶板高预应力高强锚网索主动支护

每排布置5 根MSGLW400 左旋无纵筋高强螺纹钢锚杆，规格Ф20 mm×2200 mm，配150 mm×150 mm×10 mm 穹形高强钢制托盘和高强螺母，间排距1200 mm×1300 mm；每根锚杆采用MSK2335 型和MSZ2360 型树脂锚固剂各1 卷，锚固长度1.3 m，预紧扭矩不小于350 N·m。锚杆钢带选用宽80 mm、厚4 mm 的平钢带，限位孔中心距1200 mm；金属网由Ф4 mm 冷拔钢筋焊接而成，网孔规格80 mm×80 mm。

顶板锚索采用1×7 股高强度低松弛钢绞线锚索，规格为Ф17.8 mm×6300 mm，配300 mm×300 mm×15 mm 穹形高强钢制托盘和配套锁具，每排2 根，间排距2400 mm×5000 mm。每根锚索采用MSK2335 型树脂锚固剂1 卷，MSZ2360型2 卷，锚固长度1.75 m，要求初始张拉力150 kN，损失后不小于120 kN。

（2）帮部高预应力高强锚网主动支护

每帮每排布置3 根Ф20 mm×2200 mm 的MSGLW400 高强螺纹钢锚杆，同样配套150 mm×150 mm×10 mm 穹形高强钢制托盘和高强螺母，间排距1200 mm×1300 mm。锚杆锚固剂用量同顶板锚杆，预紧扭矩不小于200 N·m。钢带和金属网的规格参数同顶板。

二采区运输巷为整个采区服务，服务年限较长，对表面进行喷射混凝土支护，混凝土强度标号C20，喷层厚度不小于100 mm。二采区运输巷支护断面图如图3。