再生膠結(jié)頂板巷道錨桿支護探討

引言。目前，國內(nèi)煤巷錨桿支護在中硬以上、圍巖穩(wěn)定程度較高的I、II、III類回采巷道中已基本成熟，但我國厚煤層儲量非常豐富，下分層工作面較多，下分層工作面的上下兩巷支護技術(shù)已嚴重制約該類工作面的生產(chǎn)效益，開展該類巷道支護技術(shù)研究，對提高礦井技術(shù)經(jīng)濟效益具有重要意義。
　　在再生膠結(jié)頂板條件下，煤巷圍巖松軟、破碎，受采動影響后巷道變形量大。若采用架棚支護，不能主動支護頂板，再生膠結(jié)頂板破碎，由承載體完全轉(zhuǎn)變成為載荷體，而錨桿能對巷道通過加固圍巖而改善圍巖的受力狀態(tài)，將巷道圍巖由載荷體部分變?yōu)槌休d體，而且預應力錨桿還對圍巖起著主動支護作用，克服了巷道的早期離層現(xiàn)象，這種支護比普通錨桿支護有更強的支護能力和適應范圍。根據(jù)煤層及再生頂板膠結(jié)情況，下分層巷道能夠采用預應力錨桿錨索聯(lián)合支護，對改善下分層巷道支護手段及質(zhì)量有著十分重要的意義。
　　
　　2　樹脂錨桿對再生膠結(jié)頂板的適應條件
　　
　　
　　厚煤層開采時，在一定的頂板條件下人為注水，采空區(qū)垮落的矸石經(jīng)過壓實固結(jié)形成再生膠結(jié)頂板。再生頂板巖層巖性、結(jié)構(gòu)，地質(zhì)條件及生產(chǎn)技術(shù)條件不同，再生膠結(jié)頂板強度、厚度及上覆巖層性質(zhì)差別很大。根據(jù)對樹脂錨桿錨固力及樹脂錨桿與再生膠結(jié)頂板相互作用關(guān)系的分析研究，認為適于加長錨固樹脂錨桿支護的巷道再生膠結(jié)頂板的條件如下：
　　(1)再生膠結(jié)頂板厚度超過錨桿錨固長度；(2)再生膠結(jié)頂板厚度小于錨桿錨固長度，其上部未膠結(jié)成再生頂板，但錨桿錨固在再生膠結(jié)頂板上部規(guī)則垮落帶內(nèi)；(3)再生膠結(jié)頂板厚度小于錨桿錨固長度，其上部未膠結(jié)成再生頂板，但錨桿錨固在再生膠結(jié)頂板上部被壓實的不規(guī)則垮落帶內(nèi)。
　　當錨桿錨固在再生膠結(jié)頂板上部未壓實的不規(guī)則垮落帶，即錨固在由不規(guī)則垮落帶向規(guī)則垮落帶過渡區(qū)域時，由于巖層層位之間存在空隙，大量樹脂被擠進不規(guī)則垮落帶和規(guī)則垮落帶巖層的離層間隙內(nèi)，降低了桿體與孔壁之間樹脂的密實程度，不利于錨固劑的密實充填，錨桿錨固力不穩(wěn)定且較小。
　　根據(jù)對樹脂錨桿錨固力及樹脂錨桿與再生膠結(jié)頂板相互作用關(guān)系的分析，通過計算上分層采過后直接頂板和基本頂巖層的位置，可以確定是否使用樹脂錨桿：如果錨桿前錨固端接近直接頂板和基本頂巖層分界面，不宜使用樹脂錨桿；如果錨桿前錨固端遠離直接頂板和基本頂巖層分界面，可以使用樹脂錨桿。
　　
　　3　工程實例
　　
　　3.1工程地質(zhì)條件。試驗巷道下分層煤層厚度為1.8m，煤層傾角12°～19°，平均17°。直接頂為1.2～4.0m厚的膠結(jié)層和砂頁巖垮落巖塊，基本頂為2.8m厚的砂巖，直接底為1.0m厚的砂頁巖。上分層工作面已開采完畢11a，采高2.4～2.8m，平均采高2.6m，已壓實。下分層巷道布置于臨近煤柱的次高應力區(qū)，下分層與上分層內(nèi)錯間距為4m，
　　
　　3.2錨桿支護參數(shù)。在地質(zhì)力學及巷道維護狀況調(diào)查的基礎(chǔ)上，依據(jù)對再生頂板膠結(jié)層厚度、膠結(jié)程度、松散矸石層厚度的測定和對現(xiàn)有的巷道支護進行評價及采用數(shù)值模擬，設計309工作面材料道支護方案及支護參數(shù)(見圖1)。
　　巷道斷面近似矩形，寬3000mm，中高2200mm。頂板錨桿為等強度螺紋鋼樹脂錨桿φ20L2000mm，每排6根，每根錨桿藥卷為K2335、Z2350各1卷；兩幫為鋼筋樹脂錨桿，φ16L1800mm，每根錨桿樹脂藥卷Z2335兩卷，柳木托板400×200×50mm，外加鐵托板150×150mm。錨桿間排距550×700mm。
　　錨索采用φ15L6000mm，間距3500mm，五花眼布置方式，錨索托梁長750mm，在托梁下墊150×150mm平托板，使用藥卷K2360、Z2360各一卷，錨入基本頂800mm深。
　　頂、幫鋪金屬菱形網(wǎng)，巷幫使用φ12mm圓鋼梯子梁，頂板采用“[”形w鋼帶加直角加固托板。
　　4　再生膠結(jié)頂板錨桿支護圍巖變形規(guī)律。試驗巷道礦壓顯現(xiàn)觀測資料表明：下分層再生膠結(jié)頂板巷道錨桿支護條件下，掘進影響時間較長，無采掘影響穩(wěn)定期圍巖移近速度較大，但采動影響表現(xiàn)較緩和，在服務期間基本不需維修(見圖2、圖3)。其巷道圍巖變形規(guī)律為：
　　(1)巷道掘進影響時間較長，大約20d左右(見圖4)，掘巷影響期間巷道圍巖頂?shù)装逑鄬σ平俣茸畲?1mm／d，平均5mm／d，頂?shù)装逑鄬σ平?00mm；兩幫相對移近速度最大6mm／d，平均3mm／d，兩幫相對移近60mm。
　　(2)巷道無采掘影響相對穩(wěn)定期內(nèi)，圍巖移近速度較大，底板相對移近速度平均達到2.0mm／d，兩幫相對移近速度平均達到1.2mm／d(見圖4)。
　　(3)回采工作面超前影響距離20m左右，劇烈影響范圍10m(見圖5)；受采動影響期間巷道圍巖頂?shù)装逑鄬σ平俣茸畲?3mm／d，平均17mm／d，頂?shù)装逑鄬σ平啃∮?00mm；兩幫相對移近速度最大13mm／d，平均7.5mm／d，兩幫相對移近90mm。
　　
　　結(jié)論
　　
　　(1)再生膠結(jié)頂板巷道采用等強度樹脂錨桿支護，經(jīng)濟效益顯著，與棚式支護比較，直接經(jīng)濟效益每米巷道可節(jié)省1200元。工作面回采期間，工作面端頭支護和超前支護密度減小，支護工序簡化；改善了工作面材料道的維護狀況，促進工作面穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)；同時，巷道斷面利用率高，安全得到有力的保障，明顯減少巷道掘進的輔助運輸工作量，加快巷道掘進速度，社會效益顯著。
　　(2)如果錨桿前錨固端接近直接頂板和基本頂巖層分界面，不宜使用樹脂錨桿；如果錨桿前錨固端遠離直接頂板和基本頂巖層分界面，可以使用樹脂錨桿。因此，樹脂錨桿在再生膠結(jié)頂板巷道具有較廣闊的應用空間。