新柳矿工作面开切眼锚杆支护实践 -全讯官网

1.　北翼 1101 工作面开切眼支护状况

1.1 开切眼支护状况

　　新柳矿是汾西矿业的主力矿井 , 设计生产能力400kt/a 。北翼是矿井的一个采区 , 布置了 1101 首采工作面。开切眼采用矩形断面 , 宽 ×高 = 7 1 0m× 2 1 5m, 采用锚网支护。主要支护材料锚杆为< 20mm - m22 - 2000mm 的螺纹钢锚杆 , 辅助构件使用梯子梁 , 锚索为 < 15 1 24mm - 1 × 7 - 4500mm,

锚杆初始预紧力设计为 100n · m 。1101 工作面开切眼掘进过程中 , 矿压显现强烈 , 顶板下沉量大 , 两帮变形严重 , 巷道成形非常差。开切眼贯通后 , 巷道破坏变形更加严重 , 局部地段发生了冒顶事故 , 顶板下沉高 110m, 两帮整体内移。经过多次加强支护 , 设备安装时进行了反复的整修 , 耗费了大量的人力物力 , 严重影响了矿井的安全生产和高产高效。

1.2 支护效果剖析

　　通过井下实地考察调研 , 分析开切眼支护设计方案 , 认为导致巷道支护效果差的主要原因有 :

(1) 采用的锚杆支护强度不够 , 不能有效控制围岩变形破坏 ;

(2) 锚杆预紧力极低 , 无法发挥锚杆支护的早期作用 , 致使巷道围岩出现松动离层 , 进而导致锚杆支护效能大大减弱 ;

(3) 辅助构件一般采用钢筋梯子梁 , 锚杆的预应力扩散效应低 , 锚杆群的整体支护能力得不到充分的发挥。

2.　北翼 1103 工作面开切眼设计原则

　　针对 1101 工作面开切眼支护现状 , 分析锚杆支护质量差的原因 , 提出北翼 1103 工作面开切眼的设计原则 :

(1).　增大支护材料强度 　主要是采用加大锚杆直径来实现 , 把原有锚杆直径 < 20mm 更换为直径< 22mm 。提高锚杆支护强度 , 降低支护密度 , 加快掘进速度 ;

(2).　提高锚杆刚度 　由原来的锚杆初始预紧力 100n · m, 增加到 300n · m 。预紧力是锚杆支护质量的关键因素 , 高预紧力是实现锚杆主动支护的前提。

(3).　加强锚杆预应力的扩散效能 　把原有的辅助构件梯梁 , 换为 w 钢带。通过托板、钢带等构件实现锚杆预应力的扩散 , 扩大预应力的作用范围 , 提高锚固体的整体刚度与完整性 , 充分发挥锚杆群的整体支护能力。

3.　北翼 1103 工作面开切眼支护设计

3.1 　工作面地质概况

　　北翼 1103 工作面走向长 895m, 倾斜长 200m 。所采煤层为太原组 11 号煤 , 煤层平均厚度 4 1 7m,

结构复杂 , 含有 4 层以上夹矸 [0 1 6 (0 115)0 1 3(01 1) 0 1 5 (0 1 08) 1 1 2 (0 105)2 1 1 ], 煤层倾角1 ～ 7 ° , 平均 3 °左右。煤层没有伪顶 , 直接顶为页岩 , 层厚 1 1 2m,黑灰色 , 具层理 , 基本顶为 k 2 灰岩 , 层厚 6 1 8m,深灰色、致密、坚硬。

3.2 支护参数

　　开切眼采用二次成巷 , 顶板锚杆杆体采用 22号左旋无纵筋螺纹钢筋 , 长度 2 1 2m, 杆尾螺纹为m24 。树脂加长锚固 , 钻孔直径为 30mm, 锚固长度为 1300mm 。辅助构件采用 w 钢带 , 厚 3mm,宽度 250mm, 先掘部分长度 3 1 4m, 后掘部分长度2 1 6m 。锚杆间排距 800mm × 800mm, 每排 9 根锚杆。锚索采用 < 15 1 24mm, 长度 6 1 3m, 加长锚固 ,锚索每排 2 根 , 距煤柱侧为 2 1 5m, 排距为 1 1 6m 。托板规格为 300mm × 300mm × 16mm 。锚杆设计初始预紧力为 300n · m, 采用美国进口的风动扳手施加。

　　煤柱侧锚杆采用 < 18mm 普通圆钢锚杆 , 长度1 1 8m 。树脂加长锚固 , 钻孔直径为 28mm, 锚固长

度为 820mm 。辅助构件采用 w 钢带 , 厚 3mm, 宽度 250mm, 长 度 1 1 8m 。锚 杆 间 排 距 800mm ×

800mm, 每排 3 根锚杆。工作面侧采用 < 18mm 玻璃钢锚杆 , 长度1 1 8m 。树脂加长锚固 , 钻孔直径为 28mm, 锚固长度为 820mm 。间排距 800mm × 800mm, 每排 3 根。两帮锚杆设计初始预紧力为 200n · m, 采用美国进口风动扳手施加。

　　开切眼断面较大 , 以锚杆支护为主 , 先掘部分贯通后 , 再掘扩帮部分时 , 需加支柱 , 在先掘部分距离煤柱 2 1 8m 的位置架设单体液压支柱 , 另外在后掘部分距离工作面 2 1 0m 的位置安设单体液压支柱 , 2 根液压支柱之间用 2 1 2m 长 π型梁相连接 ,要求单体液压支柱穿柱鞋 , 以防钻底 , 支护阻力达到 100kn 以上。

4.　北翼 1103 工作面开切眼支护效果

　　开切眼掘进过程中 , 严格按照支护设计进行施工 , 严把质量关 , 巷道成形非常好 , 顶板和两帮基本无变形。为了真实反映巷道支护质量 , 进行了矿压观测 , 巷道的表面位移和离层随掘进的变化情况如图 1 和图 2 。

　　从图中可以看出 , 开切眼顶底板的变形随着掘进逐渐增大 , 开始增加的幅度比较大 , 但远离掘进影响区后 , 顶底板的变形趋于稳定。顶板最大下沉量为 120mm, 左帮最大移近量为 160mm, 右帮最大移近量为 140mm, 巷道表面位移非常小 , 有效地控制了顶板和两帮的变形 , 而且顶板没有出现掉渣和鼓包现象 , 两帮也没有出现片帮现象 , 表明支护效果非常理想。

　　巷道顶板锚固区最大离层量为 7mm, 锚固区外最大离层量为 4mm, 巷道顶板的离层量非常小 ,表明锚杆对控制锚固区围岩的离层和滑动起到了决定性的作用 , 锚杆提供的锚固力有效地阻止了锚固区内围岩原有裂隙的扩张 , 防止了新的裂隙的形成和贯通。

　　锚索很好地把锚固区内围岩与深部稳定围岩结合起来 , 改善了锚固区内围岩的受力状态 , 同时也发挥了深部围岩的承载能力 , 使得锚固区内外围岩的变形和离层非常小 , 巷道支护效果良好 , 支护质量得到了保障。

5.　结束语

(1) 提高锚杆的支护强度 , 有效控制了围岩变形 , 一次支护就能满足现场使用要求。

(2) 高预应力是实现锚杆主动支护的前提 ,是影响锚杆支护效果的关键因素。

(3) 预应力扩散发挥了锚杆整体的支护作用 ,真正体现了锚杆主动支护的作用。