淮北矿区煤巷高预应力锚杆支护技术 -全讯官网

　　淮北矿区近几年十分重视煤巷锚杆支护技术改革。1999 年开发煤巷新型螺纹钢树脂锚杆支护技术，迄今 已基本解决了该项技术所包含的一系列产品配套加工和工程技术难题 ，较全面地掌握 了该项技术 。使其应 用范 围由原来较简单 的地质条件 ，逐渐发展到复合顶板 、三软煤层巷道、大倾角煤层巷道、松散破碎围岩巷道、沿空巷道及其它强采动影响巷道 ，并取得成功。1999 年实现煤巷锚杆支护进尺 1．9 万 m ，2000 年达到 5．2 万 m ，2001 年完成煤巷锚杆支护进尺 8．46 万 m ，2002 年 突破 1o 万 m 大关 ，达到 1o．97 万 m 。该项技术 在推 广应用过程中，未出现一起重伤及 以上 事故 ，取得 了显著 的安全生产和技术经 济效益 。

1 巷道围岩分类

　在一个相对固定的开采范围，根 据主要影响因素 ，运用工程实践经验进行巷道围岩分类，在一定范围内能保证锚杆支护技术的实用性和可操作性 ，又不失全面性和科学性 。根据淮北矿区以往的支护实践 ，确定影响煤

巷稳定及锚杆支护选型的最主要的因素为煤体的强度和顶板层状岩体赋存状态。据此提出适合于本矿 区的巷道顶板和煤层 的分类方法 。

1．1 顶板 分 类

　　巷道上部顶板 2～3m 范围内的 围岩赋存状况是选择顶板支护方式的关键因素，据此将巷道顶板分 4 类 。

①顶板完 整 ，层理不发育 ，岩石 为砂岩 、粉砂岩 、砂质 页岩或砂 质泥岩 ，层厚一般超过 1．om ，没有煤线赋存 ，为 a 类顶板 ；②顶板岩石为有草帽状裂隙或层理较发育的砂岩 、较完整且层理不发育的砂质页岩

或砂 质泥岩 ，层厚 0．7～1．om ，一般 没有煤③顶板 不够 完整 ，层理 发育 ，岩石为裂隙发育 的砂质 页岩 或砂 质泥岩 ，最大完整层厚一般不超过 0．7m ，常有煤线赋存 ，为 c 类顶板 ；④顶板松散破碎，裂隙非常发育，岩石为软弱煤体或含煤线的破碎泥岩，层厚很小，为 d 类 顶板 。

1．2 煤层分 类

　　煤体强度是决定巷道 围岩承载能力和巷道变形量的关键因素，据此将煤层分为 3类 。①煤体较稳定，普氏坚固性系数值超过1．0，掘 进 期 间巷 道 变 形 量 一 般 不 超 过300m m ，为 a 类煤层；②煤体中等稳定，普氏坚固性系数值为0．5～ 1．0，掘 进期 间巷道 变 形 量 可 达 到500m m ，为 b 类煤层 ；③煤体极松散、软弱 ，普氏坚固性系数值 小 于 0．5，巷 道 变 形 量 可 达 到 500 ～lo00m m ，为 c类煤层。巷道顶板和煤层分类见表 1、表 2。

2 高预应力锚杆

　　新型高预应力锚杆具有高锚固力、高破断力、高初锚力和安装可靠等优点，适应多种巷道支护条件 ，能够实现大间排距支护下的快速掘进 ，有效维护巷道 ，具有比较显著的技术经济优越性 。普通锚杆的加工存在一些缺点，用于巷道支护无法实现 及时支护 、高初锚力支护 、高阻让压支护 ，锚杆 支护旅工本身的安全可靠性得不到保证。随着锚杆支护的推广应用和普及，人们要求提高锚杆整体性能及加工精度 ，特别是围岩条件复杂情况下的应用对锚杆的性能提出了更高的要求。把锚杆作为一种简单的支护材料已不适应全面推广这一新技术的要求 ，必须使锚杆加工系列化、规范化、标准化。只有高预应力的成套锚杆才可能满足地质条件复杂多变的需求。目前已参照我国煤炭行业标准 《树脂锚杆、金属杆体及其附件》(m t 146．2- - 2002)，开 发 出 不 同直 径 (16r a m 、18m m 、20m m 、22r a m )、不 同规格 的 g硷 型和 d q 型两大系列锚杆 。锚 杆的破断位置 、屈服载荷 、破断载荷及延伸率等力学性能都符合技术指标要求，部分指标超过上述行业标准 ，在锚固性能、杆体强度、安装特点等方面较普通金属锚杆有较大改善。高预应力锚杆杆体 采用专 用无纵 筋螺纹钢，杆体内径为正偏差，横勒间距适当扩大 ，能够保证树脂锚固剂搅拌充分。安装阻力小，可实现全长锚固，锚固强度有保证。锚杆杆尾的螺纹段加工采用躐粗或等强剥皮技术 ，使匹配的螺母较杆体大一个型号。只有螺纹段强度超过杆体 ，才可能充分发挥杆体乃至整套锚 杆的强度 。加工制作专用螺母 ，包括内外销钉式、堵头式等，能配合钻机实现锚杆钻机搅拌树脂、安装锚杆一体化作业 ，有利于实现快速施工。同时配套使用的减摩垫圈有助于形成高初锚力 ，保证 支护质量 。这 一点对 于提 高松软破碎巷道顶板围岩稳定性是至关重要的。专用穹形垫配套螺母还可调节锚杆端部受力。锚杆托盘、钢带等附件加工规范 ，尺寸、强度和抗变形能力与高强度锚杆杆体匹配。

3 基本支护形式和主要参数选择

　　淮北矿区采煤以炮采为主、综采和轻型支架放顶煤开采为辅，回采巷道断面相对较小，由此可以确定顶板采用高性能螺纹钢锚杆支护，成套使用，树脂锚固，机械安装。帮部可根据煤体强度、服务年限、断面大小等因素，分别采用竹、木、钢丝绳、圆钢及螺纹钢锚杆 ，但都必须具有一定的初锚力。锚索用作加强支护，原则上只用于复合顶板不稳定层超过 3．0m 的煤层巷道、部分沿空掘巷及大断面交岔点、切眼等。根据巷道顶板赋存状况和煤体强度分类情况 ，将实体煤巷分为三大类：简单维护型 ，中等难度维护型和难维护型，每一类别又细

分为 3～4 个级别 ，如表 3 所列 。

　　在巷道基本类别确定后，还有一些因素在支护参数设计时需加以考虑，以确保安全和支护效 果 。

①巷道位置的影响 。沿空掘巷一般应较实体巷道在支护形式和锚固方式上都提高一个级别 。

② 巷道 跨度 的影 响 。跨度 3．om 以 内的巷道顶板 一般用 3 根高性 能锚杆 ；跨 度 3．0～4．om 的巷道顶板 一般用 4 根 高性能锚 杆 ；切眼跨度大 ，不能简单套用实体煤巷设计 ，多数情况需在顶板 中部加锚索 ，或架设抬棚。

③煤层角度的影响。当巷道两帮高差超过 500m m 时 ，应 在高帮上增加一根锚杆 。

④断层和破碎带 ，一般 应采用全长锚固方式 ，并适 当加 长加密锚 杆 ，有 时需在顶板中部加锚索 。

4 工 程示例

　　下面的两个 工程实例对淮北矿 区煤巷推广应用新 型锚 杆支护具有很好 的示范和带 动作用 。

4．1 松 软厚煤层 巷道锚杆 、锚 索组 合支护

　　朱仙庄矿 8415 轻 放工 作面 煤层 平均厚9m ，倾角 17。，其普氏坚固性系数值为 0．51。煤 层 内有 2～ 3 层 0．1～ 0．3m 厚 的 泥 岩 夹矸 。煤层直接 顶为 3～5m 厚 的砂岩 、泥岩互层 ，易 冒落 。直接 底为 1．2～1．5m 厚 的泥岩 ，老底为 6～9m 厚的砂岩 、泥岩互层 ，性坚硬 。该工作面机巷顶板煤体松散破碎，自稳时间短，常有不同块度的顶煤随掘随冒，顶板垮落现象经常发生 。因此旌工困难，安全隐患大，只能采用手镐导硐旌工法掘进巷道。该巷道的断面宽 ×高为 2．6x 2．4 (m )。帮、顶均采用直径 20m m 、长 2200m m 的高强度螺纹钢锚杆 ，两帮各布置 3 根，顶板布置4 根 。顶板锚杆用 2 卷 z2370 型树脂锚 固剂

卷全长锚固，加设钢带并铺金属网。两帮各用 1 卷 z2370 型树脂锚固剂卷加长锚固，外加 梁 、网。锚 杆 排 距 800m m 。顶 板 上安 装8．4m 长锚索加强支护 。锚索布置在巷道顶板中间，排距为 2400m m ，紧跟迎头安设。卷道开挖 后 的 15 ~ 30 天 围岩变 形 趋于稳定。其顶底板移近量约 300m m ，两帮的移

近量约 250m m 。稳定期内的顶底板移近速度约在 2r a m ~天 ，两帮移近速度 1．5m m ／天。工作面 的超前影 响范围约 80m ，剧烈影 响范围在 30m 。采动影响期 内巷道的顶底板移近量160m m ；两帮移近量 140mm 。

4．2 软弱松散煤体 沿空掘巷支护

　　临涣矿8 煤层厚 3m ，极其松软，强度很低 ，普氏坚固性系数值仅 0．2左右。8210 沿空超前风巷的直接顶为泥岩 、粉砂岩 ，易离层冒漏 ，厚 12m 。直接底为泥岩，厚 4m ，距9 # 煤 层仅 3～5m 。巷道 受到 828 和 928 工作面采动影响 。8210 超前 沿空风巷采用风镐掘进，片帮仍十分严重，属于典型 “三软”煤

层。巷道跟顶板岩层掘进 ，支护难度甚大。原采 用棚 距 0．5m 的 矿用 工字钢 梯 形 棚支 护 ，巷道有效断 面快 速减小 ，施工过程 中常被迫停头 ，进行过 4～5 次修复 。8210 里段风巷全长 140m ，施工周期 4．5个月，支护效果不理想 。回采两道超前维护 困难极大 ，有 效断面很小，人员常需爬行。巷道断面为斜矩形，宽 ×中高为 3．0x2．2 (m )。留窄煤柱 4．0～5．om 。锚 杆布置方案为：两帮各布置 3 根锚杆 ，顶板布置 4 根

锚杆 ，均为直径 20m m 、长 2000m m 的等强杆体高强度无纵筋左旋螺纹钢锚杆。顶板锚杆全长锚固，同时铺设菱形金属网和钢带 ，钢带的厚度 4m m 。两帮锚杆加长锚固，同时铺设 轻 型钢 带和 菱形 金属 网。锚杆 排 距 为800m m 。再 用 锚 索 加 强 支 护 ， 排 距 为3 00 0m m 。

　　巷道的掘进影响期为 6～1o 天，其顶底板移近量为 468~ 890m m ，主要因底臌量大。两帮移近量为 500~ 800m m 。由于采掘接替紧张 ，整条 巷道处于超前影 响范围 内，特别是迎工 作面推 进方 向掘进 的后段 巷道 受到采掘双重剧烈影响，维护很困难 。掘后稳定期间两两 帮平 均移近速度 为 4．5～7．6m m ／天 ，但顶板下沉量较小。经受采动影响时，顶底板 的 移 近 量 为 937m m ，最 大 移 近 速 度 为86r a m ／天 ；两帮移近量为 774m m ，最 大移近速度为 70m m ／天 。

　　实测表明，在掘进期间及掘后稳定期间，两帮相对移近率达到 25  ，回采前巷道绝对变形量达到 600~ 800m m ，有效宽度为 2．o～2．2m 。这说 明类似巷道应 加大断面 ，预 留允变量 。巷道的顶板较稳定 ，但底臌量很大 ，需卧底才能使用 ，有些部分甚 至需 卧底 两次才能满足要求。锚杆支护的施工速度与同类条件下的架棚支护巷道相 比，提高了 20~ 30左右。巷道支扩材料费每 m 可节约 1002．42元。整条巷道节约工期 3 个 月，综合节 约55．o6 万元 ，效益显著。从以上二例可以看出，高预应力锚杆支护 技术在 淮北 矿 区煤 巷 的应用是 很成 功 的 ，为进一步提高煤巷锚杆支护率提供了借鉴经验 。