B060201 高应力区回采巷道的联合支护.doc

高应力区回采巷道的联合支护金志刚 程绪友 李 智（大雁煤业公司生产技术部，内蒙古 呼伦贝尔 021122）摘 要 介绍大雁矿区在高应力区综放回采巷道中应用锚杆、锚索联合支护技术的经验。 关键词 高应力区 回采巷道 锚杆、锚索支护大雁煤业公司二矿现已采到二水平+250水平。二水平30#2分层305区段综采工作面回采巷道没等圈完、移交就开始前掘后修，回采时边采边修，已严重影响到安全生产，是大雁煤业公司二矿巷道支护的一大难题。因此研究与探索二矿高应力30#运输、回风巷的合理支护技术具有重要意义，为此进行了锚杆、锚索联合支护，有效地支撑围岩，防止它的变形破坏。1 地质条件及围岩特征四采区305区段30#煤层为褐煤层 ，该煤层及围岩属于扎赉诺尔群大磨拐河组中部含煤岩段，煤的坚固性系数f值为13 。30#煤层为特厚煤层，在该区域煤层的总体平均厚度为13.63m。30#煤层直接顶为1.50m厚的泥岩、老顶为8.55m厚的中砂岩，其直接底板为0.75m厚的砂质泥岩、老底为12.15m厚的含砾泥岩。含砾泥岩固结性较好，砾径在0.52.0cm之间，砾石分选和磨圆程度很差，泥质胶结，松散易碎。围岩特征如表1所列。围岩抗压强度均小，具有松散软弱的特点，受风化后进一步软化。表1 围岩特征岩 性抗压强度/MPa变异系数泥 岩4.5812.5中沙岩2.3331.98砂质泥岩3.9216.11含砾泥岩1.04415回风巷处于原岩地应力高应力区。大雁矿区位于伊霍断裂间断摺位点附近，在区域地质动力场的压扭作用下，在伊霍断裂间断摺位点附近区域产生高应力。同时它还处于海拉尔断裂和伊敏断裂尖灭点之间，在断裂尖断附近也往往产生高应力集中。这两种高应力的叠加形成了大雁矿区高应力。经过原岩地应力测定，回风巷最大主应力为11.9MPa、中间应力为5.49MPa、最小应力为4.63MPa，而250车场最大主应力为14.7MPa、中间应力为11.05MPa、最小应力为10.26MPa。由此可见随着采煤深度的增加原岩地应力也越来越大,平均增加0.017MPa，此现象在30305区段明显地表现出来。巷道围岩松软破碎、孔隙率大，抗压强度较低（均小于10MPa），使自身的稳定性差，裸露后立即掉顶、片帮，需要及时支护，开挖后维护困难。巷道围岩还受到开采等外力影响，作用于其顶部的应力大于煤、岩体本身的抗压强度故而围岩呈塑变状态，而随着巷道深度的增加，地应力也增加，因此呈现不稳定的塑性体。2 锚杆、锚索联合支护设计2.1设计原则中国学者朱浮生（1993）、郑雨天（1995）的研究表明：当锚杆预拉力达到6070k时，就可以有效控制巷道顶板下沉量，并通过加大锚杆的间排距可以减少锚杆数量。因此应选择高性能（预拉力）锚杆配小孔径预应力短锚索支护。再者，应尽可能保护岩体原有强度，力求防止岩体松散，避免岩石出现单轴和双轴应力状态，把围岩作为承载体系的主要部分。及时喷砼封闭围岩以防岩石风化，保证锚杆和喷层与围岩形成共同体，充分发挥锚杆的加固、悬吊作用和喷层的密封、粘贴和柔性作用。2.2 支护设计根据现代支护理论及其设计原则，本次支护设计按类比设计先行、理论分析校核、监控信息反馈的设计程序进行。经计算和考虑到施工条件，采用长2000mm的预拉力锚杆，用1卷CK2835型和1卷K2835型树脂锚固剂卷锚固，使锚固力达到6070kN。螺母采用快速安装放松螺母。配小孔径预应力锚索，直径24mm、长4m，用CK2235型、K2235型、2235型树脂锚固剂卷各1卷锚固，使锚固力达到6080kN。锚索预张力控制在6080kN范围内,以保持和锚杆预拉力匹配,并克服刚度低的缺点。每间距m安设1根锚索。同时回风巷喷射混凝土，厚度50mm。前顺槽配钢筋梯子梁(直径10mm钢筋焊制或二矿回收锚杆加工即可) 。由此可构成顶板预应力支护结构，提高顶板整体的抗剪强度,使其破坏不向顶板纵深方向发展；并且使顶板岩层处于横向压缩的状态,从而大大缓解或消除横向弯曲变形,形成只有纵向的微小膨胀和压缩变形,因而锚杆长度范围内和锚杆长度以上的顶板离层得以消除。支护断面如图1所示。图1 支护断面示意图3 支护施工在250区段30#回风巷进行了120m锚杆+锚索支护试验。由于施工难度大、工期紧，考虑到施工条件对支护参数进行了调整。锚杆长度改为1800mm，用1卷CK2835型树脂锚固剂卷端头锚固，锚固力达到6070kN。小孔径预应力锚索直径不变、长度改为45m，树脂锚固剂型号、用量不变，锚固力达到6080kN。锚索预张力也控制在6080kN范围内。锚索间距改为3.2m。后在整个工作面回采巷道推广并根据实际情况作了调整。在前顺槽将钢筋梯子梁改为钢带，并补设了锚索。在切眼大断面处的锚索调整为每隔1.6m安设2根。完工后巷道变化不大,均能满足施工要求。对回风巷和前顺槽进行了矿压观测。观测结果汇总分析，见表2和图2、3、4。表2 表面位移量、顶板下沉量 变形量支护形式时间(天)表面位移量(mm)顶板下沉量(mm)垂直1.5m4.2m回风巷锚杆+锚索支护011196 11回风巷锚杆+锚索支护012 19611回风巷锚杆支护00419676回风巷锚杆支护00819655前顺槽锚杆支护L118196106988前顺槽锚杆支护L39719614122图2 顶板下沉量曲线图图3 锚固范围内离层量曲线图图4 锚固范围外离层量曲线图4 支护效果锚杆、锚索联合支护能够有效的支撑围岩，防止围岩变形，符合回采巷道使用要求。锚杆的锚固力能达到6070kN。小孔径预应力锚索的锚固力能达到6080kN，能保持和锚杆预拉力匹配,并克服了刚度低的缺点。特殊破碎地带配钢筋梯子梁或钢带，并对参数进行了调整，在适当提高锚杆或锚索的初始预应力和锚固力的同时还增大托盘的尺寸，使之能够有效地支撑顶板围岩。30#运输、回风巷采用锚杆、锚索联合支护与采用单一锚杆支护相比, 可以减少前掘后修，减少回采时边采边修，变形量符合有关规定，适应性强、支护强度高、整体稳定性好，满足回采的要求，确保正常的安全生产,可减少返修费用163.44万元。锚索支护技术在二矿回采巷道中的推广应用后支护效果显著，大大减少了巷道的重复支护和维修成本,可以解决大雁煤业公司二矿高应力回采巷道