淮北礦區(qū)煤巷高預(yù)應(yīng)力錨桿支護(hù)技術(shù)

　　淮北礦區(qū)近幾年十分重視煤巷錨桿支護(hù)技術(shù)改革。1999 年開發(fā)煤巷新型螺紋鋼樹脂錨桿支護(hù)技術(shù)，迄今 已基本解決了該項(xiàng)技術(shù)所包含的一系列產(chǎn)品配套加工和工程技術(shù)難題 ，較全面地掌握 了該項(xiàng)技術(shù) 。使其應(yīng) 用范 圍由原來(lái)較簡(jiǎn)單 的地質(zhì)條件 ，逐漸發(fā)展到復(fù)合頂板 、三軟煤層巷道、大傾角煤層巷道、松散破碎圍巖巷道、沿空巷道及其它強(qiáng)采動(dòng)影響巷道 ，并取得成功。1999 年實(shí)現(xiàn)煤巷錨桿支護(hù)進(jìn)尺 1．9 萬(wàn) m ，2000 年達(dá)到 5．2 萬(wàn) m ，2001 年完成煤巷錨桿支護(hù)進(jìn)尺 8．46 萬(wàn) m ，2002 年 突破 1O 萬(wàn) m 大關(guān) ，達(dá)到 1O．97 萬(wàn) m 。該項(xiàng)技術(shù) 在推 廣應(yīng)用過(guò)程中，未出現(xiàn)一起重傷及 以上 事故 ，取得 了顯著 的安全生產(chǎn)和技術(shù)經(jīng) 濟(jì)效益 。

1 巷道圍巖分類

　在一個(gè)相對(duì)固定的開采范圍，根 據(jù)主要影響因素 ，運(yùn)用工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行巷道圍巖分類，在一定范圍內(nèi)能保證錨桿支護(hù)技術(shù)的實(shí)用性和可操作性 ，又不失全面性和科學(xué)性 。根據(jù)淮北礦區(qū)以往的支護(hù)實(shí)踐 ，確定影響煤

巷穩(wěn)定及錨桿支護(hù)選型的最主要的因素為煤體的強(qiáng)度和頂板層狀巖體賦存狀態(tài)。據(jù)此提出適合于本礦 區(qū)的巷道頂板和煤層 的分類方法 。

1．1 頂板 分 類

　　巷道上部頂板 2～3m 范圍內(nèi)的 圍巖賦存狀況是選擇頂板支護(hù)方式的關(guān)鍵因素，據(jù)此將巷道頂板分 4 類 。

①頂板完 整 ，層理不發(fā)育 ，巖石 為砂巖 、粉砂巖 、砂質(zhì) 頁(yè)巖或砂 質(zhì)泥巖 ，層厚一般超過(guò) 1．Om ，沒(méi)有煤線賦存 ，為 A 類頂板 ；②頂板巖石為有草帽狀裂隙或?qū)永磔^發(fā)育的砂巖 、較完整且層理不發(fā)育的砂質(zhì)頁(yè)巖

或砂 質(zhì)泥巖 ，層厚 0．7～1．Om ，一般 沒(méi)有煤③頂板 不夠 完整 ，層理 發(fā)育 ，巖石為裂隙發(fā)育 的砂質(zhì) 頁(yè)巖 或砂 質(zhì)泥巖 ，最大完整層厚一般不超過(guò) 0．7m ，常有煤線賦存 ，為 C 類頂板 ；④頂板松散破碎，裂隙非常發(fā)育，巖石為軟弱煤體或含煤線的破碎泥巖，層厚很小，為 D 類 頂板 。

1．2 煤層分 類

　　煤體強(qiáng)度是決定巷道 圍巖承載能力和巷道變形量的關(guān)鍵因素，據(jù)此將煤層分為 3類 。①煤體較穩(wěn)定，普氏堅(jiān)固性系數(shù)值超過(guò)1．0，掘 進(jìn) 期 間巷 道 變 形 量 一 般 不 超 過(guò)300m m ，為 a 類煤層；②煤體中等穩(wěn)定，普氏堅(jiān)固性系數(shù)值為0．5～ 1．0，掘 進(jìn)期 間巷道 變 形 量 可 達(dá) 到500m m ，為 b 類煤層 ；③煤體極松散、軟弱 ，普氏堅(jiān)固性系數(shù)值 小 于 0．5，巷 道 變 形 量 可 達(dá) 到 500 ～lO00m m ，為 C類煤層。巷道頂板和煤層分類見(jiàn)表 1、表 2。

2 高預(yù)應(yīng)力錨桿

　　新型高預(yù)應(yīng)力錨桿具有高錨固力、高破斷力、高初錨力和安裝可靠等優(yōu)點(diǎn)，適應(yīng)多種巷道支護(hù)條件 ，能夠?qū)崿F(xiàn)大間排距支護(hù)下的快速掘進(jìn) ，有效維護(hù)巷道 ，具有比較顯著的技術(shù)經(jīng)濟(jì)優(yōu)越性 。普通錨桿的加工存在一些缺點(diǎn)，用于巷道支護(hù)無(wú)法實(shí)現(xiàn) 及時(shí)支護(hù) 、高初錨力支護(hù) 、高阻讓壓支護(hù) ，錨桿 支護(hù)旅工本身的安全可靠性得不到保證。隨著錨桿支護(hù)的推廣應(yīng)用和普及，人們要求提高錨桿整體性能及加工精度 ，特別是圍巖條件復(fù)雜情況下的應(yīng)用對(duì)錨桿的性能提出了更高的要求。把錨桿作為一種簡(jiǎn)單的支護(hù)材料已不適應(yīng)全面推廣這一新技術(shù)的要求 ，必須使錨桿加工系列化、規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化。只有高預(yù)應(yīng)力的成套錨桿才可能滿足地質(zhì)條件復(fù)雜多變的需求。目前已參照我國(guó)煤炭行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) 《樹脂錨桿、金屬桿體及其附件》(M T 146．2- - 2002)，開 發(fā) 出 不 同直 徑 (16r a m 、18m m 、20m m 、22r a m )、不 同規(guī)格 的 G鹼 型和 D Q 型兩大系列錨桿 。錨 桿的破斷位置 、屈服載荷 、破斷載荷及延伸率等力學(xué)性能都符合技術(shù)指標(biāo)要求，部分指標(biāo)超過(guò)上述行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) ，在錨固性能、桿體強(qiáng)度、安裝特點(diǎn)等方面較普通金屬錨桿有較大改善。高預(yù)應(yīng)力錨桿桿體 采用專 用無(wú)縱 筋螺紋鋼，桿體內(nèi)徑為正偏差，橫勒間距適當(dāng)擴(kuò)大 ，能夠保證樹脂錨固劑攪拌充分。安裝阻力小，可實(shí)現(xiàn)全長(zhǎng)錨固，錨固強(qiáng)度有保證。錨桿桿尾的螺紋段加工采用躐粗或等強(qiáng)剝皮技術(shù) ，使匹配的螺母較桿體大一個(gè)型號(hào)。只有螺紋段強(qiáng)度超過(guò)桿體 ，才可能充分發(fā)揮桿體乃至整套錨 桿的強(qiáng)度 。加工制作專用螺母 ，包括內(nèi)外銷釘式、堵頭式等，能配合鉆機(jī)實(shí)現(xiàn)錨桿鉆機(jī)攪拌樹脂、安裝錨桿一體化作業(yè) ，有利于實(shí)現(xiàn)快速施工。同時(shí)配套使用的減摩墊圈有助于形成高初錨力 ，保證 支護(hù)質(zhì)量 。這 一點(diǎn)對(duì) 于提 高松軟破碎巷道頂板圍巖穩(wěn)定性是至關(guān)重要的。專用穹形墊配套螺母還可調(diào)節(jié)錨桿端部受力。錨桿托盤、鋼帶等附件加工規(guī)范 ，尺寸、強(qiáng)度和抗變形能力與高強(qiáng)度錨桿桿體匹配。

3 基本支護(hù)形式和主要參數(shù)選擇

　　淮北礦區(qū)采煤以炮采為主、綜采和輕型支架放頂煤開采為輔，回采巷道斷面相對(duì)較小，由此可以確定頂板采用高性能螺紋鋼錨桿支護(hù)，成套使用，樹脂錨固，機(jī)械安裝。幫部可根據(jù)煤體強(qiáng)度、服務(wù)年限、斷面大小等因素，分別采用竹、木、鋼絲繩、圓鋼及螺紋鋼錨桿 ，但都必須具有一定的初錨力。錨索用作加強(qiáng)支護(hù)，原則上只用于復(fù)合頂板不穩(wěn)定層超過(guò) 3．0m 的煤層巷道、部分沿空掘巷及大斷面交岔點(diǎn)、切眼等。根據(jù)巷道頂板賦存狀況和煤體強(qiáng)度分類情況 ，將實(shí)體煤巷分為三大類：簡(jiǎn)單維護(hù)型 ，中等難度維護(hù)型和難維護(hù)型，每一類別又細(xì)

分為 3～4 個(gè)級(jí)別 ，如表 3 所列 。

　　在巷道基本類別確定后，還有一些因素在支護(hù)參數(shù)設(shè)計(jì)時(shí)需加以考慮，以確保安全和支護(hù)效 果 。

①巷道位置的影響 。沿空掘巷一般應(yīng)較實(shí)體巷道在支護(hù)形式和錨固方式上都提高一個(gè)級(jí)別 。

② 巷道 跨度 的影 響 ?？缍?3．Om 以 內(nèi)的巷道頂板 一般用 3 根高性 能錨桿 ；跨 度 3．0～4．Om 的巷道頂板 一般用 4 根 高性能錨 桿 ；切眼跨度大 ，不能簡(jiǎn)單套用實(shí)體煤巷設(shè)計(jì) ，多數(shù)情況需在頂板 中部加錨索 ，或架設(shè)抬棚。

③煤層角度的影響。當(dāng)巷道兩幫高差超過(guò) 500m m 時(shí) ，應(yīng) 在高幫上增加一根錨桿 。

④斷層和破碎帶 ，一般 應(yīng)采用全長(zhǎng)錨固方式 ，并適 當(dāng)加 長(zhǎng)加密錨 桿 ，有 時(shí)需在頂板中部加錨索 。

4 工 程示例

　　下面的兩個(gè) 工程實(shí)例對(duì)淮北礦 區(qū)煤巷推廣應(yīng)用新 型錨 桿支護(hù)具有很好 的示范和帶 動(dòng)作用 。

4．1 松 軟厚煤層 巷道錨桿 、錨 索組 合支護(hù)

　　朱仙莊礦 8415 輕 放工 作面 煤層 平均厚9m ，傾角 17。，其普氏堅(jiān)固性系數(shù)值為 0．51。煤 層 內(nèi)有 2～ 3 層 0．1～ 0．3m 厚 的 泥 巖 夾矸 。煤層直接 頂為 3～5m 厚 的砂巖 、泥巖互層 ，易 冒落 。直接 底為 1．2～1．5m 厚 的泥巖 ，老底為 6～9m 厚的砂巖 、泥巖互層 ，性堅(jiān)硬 。該工作面機(jī)巷頂板煤體松散破碎，自穩(wěn)時(shí)間短，常有不同塊度的頂煤隨掘隨冒，頂板垮落現(xiàn)象經(jīng)常發(fā)生 。因此旌工困難，安全隱患大，只能采用手鎬導(dǎo)硐旌工法掘進(jìn)巷道。該巷道的斷面寬 ×高為 2．6X 2．4 (m )。幫、頂均采用直徑 20m m 、長(zhǎng) 2200m m 的高強(qiáng)度螺紋鋼錨桿 ，兩幫各布置 3 根，頂板布置4 根 。頂板錨桿用 2 卷 Z2370 型樹脂錨 固劑

卷全長(zhǎng)錨固，加設(shè)鋼帶并鋪金屬網(wǎng)。兩幫各用 1 卷 Z2370 型樹脂錨固劑卷加長(zhǎng)錨固，外加 梁 、網(wǎng)。錨 桿 排 距 800m m 。頂 板 上安 裝8．4m 長(zhǎng)錨索加強(qiáng)支護(hù) 。錨索布置在巷道頂板中間，排距為 2400m m ，緊跟迎頭安設(shè)。卷道開挖 后 的 15 ~ 30 天 圍巖變 形 趨于穩(wěn)定。其頂?shù)装逡平考s 300m m ，兩幫的移

近量約 250m m 。穩(wěn)定期內(nèi)的頂?shù)装逡平俣燃s在 2r a m ~天 ，兩幫移近速度 1．5m m ／天。工作面 的超前影 響范圍約 80m ，劇烈影 響范圍在 30m 。采動(dòng)影響期 內(nèi)巷道的頂?shù)装逡平?60m m ；兩幫移近量 140mm 。

4．2 軟弱松散煤體 沿空掘巷支護(hù)

　　臨渙礦8 煤層厚 3m ，極其松軟，強(qiáng)度很低 ，普氏堅(jiān)固性系數(shù)值僅 0．2左右。8210 沿空超前風(fēng)巷的直接頂為泥巖 、粉砂巖 ，易離層冒漏 ，厚 12m 。直接底為泥巖，厚 4m ，距9 # 煤 層僅 3～5m 。巷道 受到 828 和 928 工作面采動(dòng)影響 。8210 超前 沿空風(fēng)巷采用風(fēng)鎬掘進(jìn)，片幫仍十分嚴(yán)重，屬于典型 “三軟”煤

層。巷道跟頂板巖層掘進(jìn) ，支護(hù)難度甚大。原采 用棚 距 0．5m 的 礦用 工字鋼 梯 形 棚支 護(hù) ，巷道有效斷 面快 速減小 ，施工過(guò)程 中常被迫停頭 ，進(jìn)行過(guò) 4～5 次修復(fù) 。8210 里段風(fēng)巷全長(zhǎng) 140m ，施工周期 4．5個(gè)月，支護(hù)效果不理想 。回采兩道超前維護(hù) 困難極大 ，有 效斷面很小，人員常需爬行。巷道斷面為斜矩形，寬 ×中高為 3．0X2．2 (m )。留窄煤柱 4．0～5．Om 。錨 桿布置方案為：兩幫各布置 3 根錨桿 ，頂板布置 4 根

錨桿 ，均為直徑 20m m 、長(zhǎng) 2000m m 的等強(qiáng)桿體高強(qiáng)度無(wú)縱筋左旋螺紋鋼錨桿。頂板錨桿全長(zhǎng)錨固，同時(shí)鋪設(shè)菱形金屬網(wǎng)和鋼帶 ，鋼帶的厚度 4m m 。兩幫錨桿加長(zhǎng)錨固，同時(shí)鋪設(shè) 輕 型鋼 帶和 菱形 金屬 網(wǎng)。錨桿 排 距 為800m m 。再 用 錨 索 加 強(qiáng) 支 護(hù) ， 排 距 為3 00 0m m 。

　　巷道的掘進(jìn)影響期為 6～1o 天，其頂?shù)装逡平繛?468~ 890m m ，主要因底臌量大。兩幫移近量為 500~ 800m m 。由于采掘接替緊張 ，整條 巷道處于超前影 響范圍 內(nèi)，特別是迎工 作面推 進(jìn)方 向掘進(jìn) 的后段 巷道 受到采掘雙重劇烈影響，維護(hù)很困難 。掘后穩(wěn)定期間兩兩 幫平 均移近速度 為 4．5～7．6m m ／天 ，但頂板下沉量較小。經(jīng)受采動(dòng)影響時(shí)，頂?shù)装?的 移 近 量 為 937m m ，最 大 移 近 速 度 為86r a m ／天 ；兩幫移近量為 774m m ，最 大移近速度為 70m m ／天 。

　　實(shí)測(cè)表明，在掘進(jìn)期間及掘后穩(wěn)定期間，兩幫相對(duì)移近率達(dá)到 25  ，回采前巷道絕對(duì)變形量達(dá)到 600~ 800m m ，有效寬度為 2．O～2．2m 。這說(shuō) 明類似巷道應(yīng) 加大斷面 ，預(yù) 留允變量 。巷道的頂板較穩(wěn)定 ，但底臌量很大 ，需臥底才能使用 ，有些部分甚 至需 臥底 兩次才能滿足要求。錨桿支護(hù)的施工速度與同類條件下的架棚支護(hù)巷道相 比，提高了 20~ 30左右。巷道支擴(kuò)材料費(fèi)每 m 可節(jié)約 1002．42元。整條巷道節(jié)約工期 3 個(gè) 月，綜合節(jié) 約55．O6 萬(wàn)元 ，效益顯著。從以上二例可以看出，高預(yù)應(yīng)力錨桿支護(hù) 技術(shù)在 淮北 礦 區(qū)煤 巷 的應(yīng)用是 很成 功 的 ，為進(jìn)一步提高煤巷錨桿支護(hù)率提供了借鑒經(jīng)驗(yàn) 。