新柳礦工作面開切眼錨桿支護(hù)實(shí)踐

1.　北翼 1101 工作面開切眼支護(hù)狀況

1.1 開切眼支護(hù)狀況

　　新柳礦是汾西礦業(yè)的主力礦井 , 設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力400kt/a 。北翼是礦井的一個(gè)采區(qū) , 布置了 1101 首采工作面。開切眼采用矩形斷面 , 寬 ×高 = 7 1 0m× 2 1 5m, 采用錨網(wǎng)支護(hù)。主要支護(hù)材料錨桿為< 20mm - M22 - 2000mm 的螺紋鋼錨桿 , 輔助構(gòu)件使用梯子梁 , 錨索為 < 15 1 24mm - 1 × 7 - 4500mm,

錨桿初始預(yù)緊力設(shè)計(jì)為 100N · m 。1101 工作面開切眼掘進(jìn)過程中 , 礦壓顯現(xiàn)強(qiáng)烈 , 頂板下沉量大 , 兩幫變形嚴(yán)重 , 巷道成形非常差。開切眼貫通后 , 巷道破壞變形更加嚴(yán)重 , 局部地段發(fā)生了冒頂事故 , 頂板下沉高 110m, 兩幫整體內(nèi)移。經(jīng)過多次加強(qiáng)支護(hù) , 設(shè)備安裝時(shí)進(jìn)行了反復(fù)的整修 , 耗費(fèi)了大量的人力物力 , 嚴(yán)重影響了礦井的安全生產(chǎn)和高產(chǎn)高效。

1.2 支護(hù)效果剖析

　　通過井下實(shí)地考察調(diào)研 , 分析開切眼支護(hù)設(shè)計(jì)方案 , 認(rèn)為導(dǎo)致巷道支護(hù)效果差的主要原因有 :

(1) 采用的錨桿支護(hù)強(qiáng)度不夠 , 不能有效控制圍巖變形破壞 ;

(2) 錨桿預(yù)緊力極低 , 無法發(fā)揮錨桿支護(hù)的早期作用 , 致使巷道圍巖出現(xiàn)松動(dòng)離層 , 進(jìn)而導(dǎo)致錨桿支護(hù)效能大大減弱 ;

(3) 輔助構(gòu)件一般采用鋼筋梯子梁 , 錨桿的預(yù)應(yīng)力擴(kuò)散效應(yīng)低 , 錨桿群的整體支護(hù)能力得不到充分的發(fā)揮。

2.　北翼 1103 工作面開切眼設(shè)計(jì)原則

　　針對 1101 工作面開切眼支護(hù)現(xiàn)狀 , 分析錨桿支護(hù)質(zhì)量差的原因 , 提出北翼 1103 工作面開切眼的設(shè)計(jì)原則 :

(1).　增大支護(hù)材料強(qiáng)度 　主要是采用加大錨桿直徑來實(shí)現(xiàn) , 把原有錨桿直徑 < 20mm 更換為直徑< 22mm 。提高錨桿支護(hù)強(qiáng)度 , 降低支護(hù)密度 , 加快掘進(jìn)速度 ;

(2).　提高錨桿剛度 　由原來的錨桿初始預(yù)緊力 100N · m, 增加到 300N · m 。預(yù)緊力是錨桿支護(hù)質(zhì)量的關(guān)鍵因素 , 高預(yù)緊力是實(shí)現(xiàn)錨桿主動(dòng)支護(hù)的前提。

(3).　加強(qiáng)錨桿預(yù)應(yīng)力的擴(kuò)散效能 　把原有的輔助構(gòu)件梯梁 , 換為 W 鋼帶。通過托板、鋼帶等構(gòu)件實(shí)現(xiàn)錨桿預(yù)應(yīng)力的擴(kuò)散 , 擴(kuò)大預(yù)應(yīng)力的作用范圍 , 提高錨固體的整體剛度與完整性 , 充分發(fā)揮錨桿群的整體支護(hù)能力。

3.　北翼 1103 工作面開切眼支護(hù)設(shè)計(jì)

3.1 　工作面地質(zhì)概況

　　北翼 1103 工作面走向長 895m, 傾斜長 200m 。所采煤層為太原組 11 號煤 , 煤層平均厚度 4 1 7m,

結(jié)構(gòu)復(fù)雜 , 含有 4 層以上夾矸 [0 1 6 (0 115)0 1 3(01 1) 0 1 5 (0 1 08) 1 1 2 (0 105)2 1 1 ], 煤層傾角1 ～ 7 ° , 平均 3 °左右。煤層沒有偽頂 , 直接頂為頁巖 , 層厚 1 1 2m,黑灰色 , 具層理 , 基本頂為 K 2 灰?guī)r , 層厚 6 1 8m,深灰色、致密、堅(jiān)硬。

3.2 支護(hù)參數(shù)

　　開切眼采用二次成巷 , 頂板錨桿桿體采用 22號左旋無縱筋螺紋鋼筋 , 長度 2 1 2m, 桿尾螺紋為M24 。樹脂加長錨固 , 鉆孔直徑為 30mm, 錨固長度為 1300mm 。輔助構(gòu)件采用 W 鋼帶 , 厚 3mm,寬度 250mm, 先掘部分長度 3 1 4m, 后掘部分長度2 1 6m 。錨桿間排距 800mm × 800mm, 每排 9 根錨桿。錨索采用 < 15 1 24mm, 長度 6 1 3m, 加長錨固 ,錨索每排 2 根 , 距煤柱側(cè)為 2 1 5m, 排距為 1 1 6m 。托板規(guī)格為 300mm × 300mm × 16mm 。錨桿設(shè)計(jì)初始預(yù)緊力為 300N · m, 采用美國進(jìn)口的風(fēng)動(dòng)扳手施加。

　　煤柱側(cè)錨桿采用 < 18mm 普通圓鋼錨桿 , 長度1 1 8m 。樹脂加長錨固 , 鉆孔直徑為 28mm, 錨固長

度為 820mm 。輔助構(gòu)件采用 W 鋼帶 , 厚 3mm, 寬度 250mm, 長 度 1 1 8m 。錨 桿 間 排 距 800mm ×

800mm, 每排 3 根錨桿。工作面?zhèn)炔捎?< 18mm 玻璃鋼錨桿 , 長度1 1 8m 。樹脂加長錨固 , 鉆孔直徑為 28mm, 錨固長度為 820mm 。間排距 800mm × 800mm, 每排 3 根。兩幫錨桿設(shè)計(jì)初始預(yù)緊力為 200N · m, 采用美國進(jìn)口風(fēng)動(dòng)扳手施加。

　　開切眼斷面較大 , 以錨桿支護(hù)為主 , 先掘部分貫通后 , 再掘擴(kuò)幫部分時(shí) , 需加支柱 , 在先掘部分距離煤柱 2 1 8m 的位置架設(shè)單體液壓支柱 , 另外在后掘部分距離工作面 2 1 0m 的位置安設(shè)單體液壓支柱 , 2 根液壓支柱之間用 2 1 2m 長 π型梁相連接 ,要求單體液壓支柱穿柱鞋 , 以防鉆底 , 支護(hù)阻力達(dá)到 100kN 以上。

4.　北翼 1103 工作面開切眼支護(hù)效果

　　開切眼掘進(jìn)過程中 , 嚴(yán)格按照支護(hù)設(shè)計(jì)進(jìn)行施工 , 嚴(yán)把質(zhì)量關(guān) , 巷道成形非常好 , 頂板和兩幫基本無變形。為了真實(shí)反映巷道支護(hù)質(zhì)量 , 進(jìn)行了礦壓觀測 , 巷道的表面位移和離層隨掘進(jìn)的變化情況如圖 1 和圖 2 。

　　從圖中可以看出 , 開切眼頂?shù)装宓淖冃坞S著掘進(jìn)逐漸增大 , 開始增加的幅度比較大 , 但遠(yuǎn)離掘進(jìn)影響區(qū)后 , 頂?shù)装宓淖冃乌呌诜€(wěn)定。頂板最大下沉量為 120mm, 左幫最大移近量為 160mm, 右?guī)妥畲笠平繛?140mm, 巷道表面位移非常小 , 有效地控制了頂板和兩幫的變形 , 而且頂板沒有出現(xiàn)掉渣和鼓包現(xiàn)象 , 兩幫也沒有出現(xiàn)片幫現(xiàn)象 , 表明支護(hù)效果非常理想。

　　巷道頂板錨固區(qū)最大離層量為 7mm, 錨固區(qū)外最大離層量為 4mm, 巷道頂板的離層量非常小 ,表明錨桿對控制錨固區(qū)圍巖的離層和滑動(dòng)起到了決定性的作用 , 錨桿提供的錨固力有效地阻止了錨固區(qū)內(nèi)圍巖原有裂隙的擴(kuò)張 , 防止了新的裂隙的形成和貫通。

　　錨索很好地把錨固區(qū)內(nèi)圍巖與深部穩(wěn)定圍巖結(jié)合起來 , 改善了錨固區(qū)內(nèi)圍巖的受力狀態(tài) , 同時(shí)也發(fā)揮了深部圍巖的承載能力 , 使得錨固區(qū)內(nèi)外圍巖的變形和離層非常小 , 巷道支護(hù)效果良好 , 支護(hù)質(zhì)量得到了保障。

5.　結(jié)束語

(1) 提高錨桿的支護(hù)強(qiáng)度 , 有效控制了圍巖變形 , 一次支護(hù)就能滿足現(xiàn)場使用要求。

(2) 高預(yù)應(yīng)力是實(shí)現(xiàn)錨桿主動(dòng)支護(hù)的前提 ,是影響錨桿支護(hù)效果的關(guān)鍵因素。

(3) 預(yù)應(yīng)力擴(kuò)散發(fā)揮了錨桿整體的支護(hù)作用 ,真正體現(xiàn)了錨桿主動(dòng)支護(hù)的作用。