松散破碎煤矿巷道高预应力锚杆支护技术研究及应用 -全讯官网

前  言

　　我国煤 炭 95  以上 属于井工 开采，随着矿井开采深度的增加和一些难采煤层的开采 ，一方 面地质条 件、开采 条件越来 越复杂 ；另一方面原岩应力、构造应力 、开采扰动应力相互叠加 ，致使巷道支护效果差 ，巷

道变形与破坏剧烈 ，需要多次维修与翻修。不仅支护成本很高，掘进速度低 ，而且带来很多安全隐患 ，严重制约采煤工作面的快速推进及矿井产量和效益的提高 。石炭井焦煤公司是神宁集 团在银北矿区的焦煤生产主力矿井 ，所采 4 号煤层节理裂隙特别发育 ，在石门揭煤时，经常出现顶部煤层冒落现象 ，给巷 道支护带来很大 困难 。4 号煤采用分层开采方法开采上分层 时，上下顺槽两帮变形严重，在 回采过程 中必须进行刷帮处理才能满足生产要求 。综放开采是一种高效采煤方法 ，目前综放开采技术 已在我 国煤 炭 生产企 业 大面积 推 广使用 。　　

　　神宁集团石炭井焦煤公司在 4 号煤以外的其他厚煤层均采用了这种采煤方法 ，在 4 号煤却从未尝试过综放开采 。究其原因，主要是 4 号煤节理裂隙非常发育，全煤巷道的支护问题成为制 约该 煤 层 综 放 开 采 应用 的 最大 技 术难题 。

2 生产地质条件

　　四层煤为复杂结构的厚煤层 ，含八层夹矸，煤层属于半光亮型 ，是炼焦煤 ，煤体极松散 ，节理裂 隙特别发育 ，倾角 23。，平均煤厚为 5．6m ，煤层普 氏硬度为 0．73。上部为 3 号煤层 ，层 间距为 19m 。根据围岩强度测试结果 顶 板 泥 岩强 度 主 要集 中在 20 ～40m p a 之 间 ，砂 岩 强 度 在 50 ～ 70m p a 之间，

煤体强度主要集中在 5~ 20m pa 之间。煤层直接顶为泥岩 ，灰黑色 ，薄层状 ，水平层理含植物化石，平均厚度 2．6m ；老顶为 3．0m 的粉砂岩 ，灰黑色，含植物化石及泥质结核，水平层理 。

　　煤层伪底为泥岩 ，灰黑色 ，炭质 光面，性脆 ，平均厚度 0．4m ；直 接底为 5．7m 左右的粉砂岩，灰黑色 ，中厚层状 ，含植物化石 。煤层柱 状 图见 图 1。2474 综放工作 面上部为 2374 采 空区，其他区域为未开拓煤岩系地层。工作面距地表垂深约 449~ 520m ，机巷 、风巷均布置在4 煤层 中，沿底掘进 。机巷在 2374 采空 区下 ，风巷 在煤 柱下 (见图 2)。

3 锚杆锚索支护设计

3 .1 设 计 原 则

　　针对松散破碎煤岩体 ，在掘进和支护过程 中应把握 以下几个原则 ：

①尽量减小对围岩的扰动，保证围岩的完 整性 和稳 定 性 。

②应及时支护 ，尽量缩短空顶时间。

③支护系统应采用高强度 、高刚度的支护材料和护表面积大的护表构件 ，确保锚杆预应力 的有效扩散和良好的护帮护顶效果。有效控制煤岩体早期离层与破坏，尽量减小煤岩体强度与完整性 的丧失 。

④锚杆、锚索预紧力大小要协调 ，避免出现支护系统不合理，导致部分支护构件失效 。

3.2  高预 应 力锚 杆 支护技 术 井 下试验针对煤层松散破碎特点 ，结合数值模拟结果 ，确 定 支 护 方 案 为 ：锚 杆 采 用 直 径22m m 、长度 2．4m 的 500 号左 旋无纵筋专用螺纹 钢锚杆 ，极 限拉 断力 266kn ，屈服

力为 190kn ，延伸率 22 。树脂 锚 固剂加长锚固，预紧力矩设计为 400n ·m 。采用宽 280m m 、长 450m m 、厚 5m m 的 w 型钢护板等 组合 支护 构件 。锚 杆 间距 700m m ，每排 13 根，排 距 700m m ；锚 索采 用 直径22m m 、长 6．3m 的 1 ×19 股高强度低松弛预应力钢绞线 ，锚索托板采用 300 ×300 ×16 (m m ) 拱型托板 ，每排 两根 和每排一根交错布置，排距 700m m ，锚索 预紧力达到

200kn 。具体支护参数见 图 3。

掘进期间，为了尽量减少围岩扰动，掘进采用人工掘进，综掘机只负责出煤 ；并且掘够一个锚杆间距 ，及时安装锚杆和施加预紧力 。

　　从井下现场来看 ，巷道支护效果 比原来支护有明显改 善。掘进 期间 ，原 来随掘 随冒，采用高强度高预应力支护系统后 ，围岩变 得完 整 、稳 定 ；回采期 间 ，顶 板 和两 帮煤体 基本保 持 完整 ，巷 道 变形 量 也 控制 在 7 9／6之 内 ，两 帮 最 大 移 近 量 383m m ，顶 板 最 大下沉 量 262．5m m ，满 足 了巷道 安 全使 用。

结 论

①高预应力锚杆支护技术在石炭井焦煤公司松散破碎煤巷中得到成功应用，巷道围岩变形控制在 7  以内，巷道支护状况发生了本质的改变 。为 4 煤实现综放开采提供了技术保证 。

② 实践证明 ，大幅度提 高锚 杆支护系统的刚度与强度以及护表构件面积可有效减小围岩变形与破坏范围，高预应力锚杆支护技术为松散破碎巷道提供了有效的支护方式 。