大断面煤巷联合支护在井工二矿的应用

摘 要：安家岭井工二矿9#煤掘进巷道属于大断面巷道,沿顶底板掘进,巷道跨距大,支护困难,利用高强度、高预紧力锚杆和锚索支护理论提出了巷道的支护理论并在现场应用,取得了理想的支护效果.

关 键 词：大断面；高预紧力；围岩变形；支护参数；底鼓现象

中图分类号：TD353文献标识码：A文章编号：1009-2374（2012）13-0133-03

井工二矿9#煤层,大断面巷道施工中,在采用锚杆+W型钢带+网联合支护的基础上,配合高预应力锚索,实现了对大断面巷道围岩的有效

控制.

1概况

井工二矿9#煤层厚9.82～14.29m,平均厚度12.39m,煤层倾角1.3°～3.6°,平均2.3°.煤层产状平缓,裂隙较发育.9#煤层呈黑色,块状,半亮型煤为主,块及粉状,性脆易碎,结构复杂,含1～8层夹矸,夹石岩性多为泥质岩、高岭岩,局部夹粉砂岩薄层.

9#煤层直接顶板以泥岩和砂质泥岩为主,并且有中粗砂岩,以石英长石为主,次为暗色物质,分选磨圆差,泥质胶结,含菱铁矿结核,有时为粉细砂岩,局部有灰黑色泥岩.

2工作面巷道支护设计

工作面巷道为沿煤层全高掘进,即沿煤层顶、底板掘进.巷道断面为矩形,掘进断面为5.4m×3.6m,掘进断面19.44m2,采用左旋无纵筋等强螺纹钢锚杆、金属网、W型钢带、锚索进行支护如下图所示：

2.1顶板支护

锚杆布置：顶板选用Φ22×2400mm左旋无纵筋等强螺纹钢锚杆,锚杆间、排距900×1000mm,每排6根,螺母规格为M24,锚固长度为1675mm,每孔使用树脂锚固剂K2335和Z2360各1根,钻孔深度为2300～2350mm.锚杆锚固力不得小于100kN,预紧力矩不得小于300N·m.

锚索布置：采用Ø,17.8mm×7.3m钢绞线,“矩形”布置,间排距2000×3000mm；锚固长度为17,每个锚索钻孔安装1根K2335和2根Z2360树脂药卷,钻孔深度为7000～7050mm.锚索安装角度与顶板垂直布置,预紧力不小于100kN.

金属网布置：铺设φ4经纬网,规格：长×宽等于3000×1300mm,网格80×80mm,网与网之间必须有80mm搭茬,压茬处每隔100mm用双股14#铁丝扭结牢固,每扣拧2～3圈.

2.2巷帮支护

锚杆采用Ø,18×1700mm玻璃钢锚杆,间排距1000×1200mm,每排每帮各布置3根,螺母规格为M24,最上面一根距顶板300mm,每孔使用1根K2335树脂锚固剂.锚杆锚固力不得小于70kN,预紧力矩不得小于200N·m.

帮网采用高强度塑料网,规格：长×宽等于3000×1500mm.网与网之间必须有80mm搭茬,压茬处每隔100mm用双股14#铁丝扭结牢固,每扣拧2～3圈.

以上锚杆和锚索钻孔均为28mm,锚杆外露长度不大于50mm,设计预紧力矩为300N·m,锚杆托板采用150mm×150mm×8mm的拱形高强度托板.锚索采用高强度低松弛钢绞线,头部设有树脂锚固剂搅拌头,尾部配有高强度锁具.锚索预紧力不小于100KN,锚索托板规格为300mm×300mm×16mm.

3大断面巷道的破坏形式

3.1冒顶破坏

在断层、破碎带等地质构造附近,顶板随着时间的推移会出现下沉现象,且下沉速率由小变大,最终回出现冒顶.在冒顶之前有明显的迹象可循,如顶板下沉量大,风化严重,肉眼能够观察到顶板出现破碎严重,并有漏渣现象,网包大,联网接口出现撕裂,导致冒顶.从以往的冒顶区域冒落的锚杆分析：锚杆的受力变形并不严重,但锚杆的锚固长度达不到要求.锚索有的被拉断,有的锚固部分还在上面.

3.2巷道两帮向巷道中间整体挤压

在巷道开始掘进期间,帮支护有滞后现象,导致两帮向巷道中间挤压现象,经过一段时间的变形稳定后,两帮可能回重新达到新的平衡稳定.但是在受到相邻巷道掘进时或工作面回采时,两帮的变形可能回加剧,导致两帮挤压严重,只能重新修正两帮,让两帮压力得到释放后,才能达到很好的支护效果.

3.3底鼓现象

井工二矿的底鼓情况并不严重,只有当两帮挤压严重,从而导致地板压力变大后,才会出项严重的底鼓现象.底鼓与两帮移近量成正比.

4大断面巷道破坏原因分析

4.1复杂的地质条件影响

第一,井工二矿属于新建矿井,其地质条件复杂,地质资料不全,在井下施工过程中经常遇到复杂多变的地质构造,煤体松软,且强度不高,煤质不均,厚度不均,煤体裂隙发育,在开挖过程中,会导致煤体的裂隙扩张,导致两帮压力增加,顶板破碎.

第二,井工二矿的直接顶以泥岩和砂质泥岩为主,顶板层理发育,易风化,微裂隙多.当顶板受到采动影响时,微裂隙张开,造成层面出现小离层,是顶板出现板块状,最终使得顶板失去一定的承载能力.

第三,在打锚杆与锚索时产生的水流对围岩和煤体造成影响,使得围岩的摩擦系数降低,使得锚杆和锚索产生错动现象,影响支护质量.

4.2生产与施工因素的影响

第一,井工二矿的巷道属于大断面巷道,沿顶底板掘进,煤层对顶底板的凝聚力减小,导致顶板容易产生整体的滑动.

第二,锚杆和锚索的预紧力不够,主要受工人的作业质量影响,不能达到设计的预紧力要求,只能起到被动的支护作用,只有当顶板发生围岩产生变形后,才能起到支护作用,所以必须加大预紧力,使得锚杆起到主动支护作用.

第三,W型钢带可以使得顶板和帮得支护面积加大,并且能够加大预紧力,使得顶板受力均匀.有效地防止顶板的变形.

5大断面巷道的支护对策

首先,增强预紧力,使得锚杆主动受力,将顶板岩层压紧,微裂隙不能张开,顶板不能产生离层,限制了顶板的下沉,杜绝了顶板的冒顶现象；增强预紧力能够使得整个支护体系达到一个完整的支护系统,使得支护面积加大,减少顶板事故的

发生.

其次,巷道支护必须使用高预应力锚索进行加强支护,把浅部的松软岩层固定到深部的稳定岩层中,起到决定性的稳定作用.

再次,在过断层、褶皱、破碎等构造带时,减小锚杆和锚索的间排距,并保证短掘短支,必要时要进行喷浆封闭围岩.

最后,加强矿压观测,发现顶板出现下沉,破碎地带,进行补打高预应力锚索,并进行喷浆封闭围岩.

6结论

锚杆和锚索联合支护是井工二矿大断面巷道目前最有效的支护方式,大断面巷道宜采用高预应力、强力锚杆、锚索支护的设计理念.在大断面巷道支护中,锚索支护具有减小跨距的作用,能够控制顶板的下沉.

基于高预应力、强力锚杆的支护理论,结合现场的观测,在新掘进的巷道中基本上没有出现大的变形,是高强度、高刚度、高预紧力锚杆、锚索支护体系成功应用,有效地阻止了巷道围岩的变形,控制了巷道的破坏,为井工二矿大断面的支护提供了有效地技术途径.