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复合顶板下巷道的锚杆支护技术的实践

时间:1970-01-01  作者:秩名

论文导读:煤巷沿顶板掘进时常遇到复合顶板,所谓复合顶板是指在煤层顶板由多层岩层和煤线间隔复合而成,层间粘结力弱,暴露易发生离层,支护不良时还可能发生大面积垮落事故。但大量的实践又证明,选用单一的、一成不变的支护设计方案,是不符合复合顶的复杂性和多变性支护要求的,只有因地制宜,根据现场的复合顶板的状况,采用不同参数的锚杆支护设计方案,石桥煤矿在10402综采工作面回风巷、运输巷采用锚杆支护参数动态变化试验研究,并取得了成功。
关键词:复合顶板,锚杆锚索,支护设计
 

0. 概述

煤巷沿顶板掘进时常遇到复合顶板,所谓复合顶板是指在煤层顶板由多层岩层和煤线间隔复合而成,层间粘结力弱,暴露易发生离层,支护不良时还可能发生大面积垮落事故。过去石桥煤矿在复合顶板下掘巷时,支护方式常采用的是工字钢架棚支护,由于架棚支护是一种被动支护,易造成巷道两帮及顶底板移近量大,支架损坏严重,造成前掘后修的现象,严重影响安全生产。

为解决这一施工难题,在现阶段的技术条件下,复合顶板支护方式很多,锚杆支护以其良好的优越性排在所有支护方案的前列。但大量的实践又证明,选用单一的、一成不变的支护设计方案,是不符合复合顶的复杂性和多变性支护要求的,只有因地制宜,根据现场的复合顶板的状况,采用不同参数的锚杆支护设计方案,石桥煤矿在10402综采工作面回风巷、运输巷采用锚杆支护参数动态变化试验研究,并取得了成功。

1.支护原理

锚杆设计采用组合拱理论,锚索设计采用悬吊补强理论。锚杆形成承载基础,既然锚杆支护无法阻止深层岩体的松动,那么也无需特别提高顶板支护体强度,只需把锚杆的延展性、高抗拉强度、抗剪强度的优越性发挥出来。锚杆锚固厚度小,锚固体扩容变形量相对较小,扩容应力也较小,利用全长锚固等强螺纹钢锚杆支护,可满足复合顶板底层锚固体的扩容变形和扩容应力,形成初期支护阶段的顶板挤压加固拱平衡状态。锚索形成稳定承载体,利用钢绞线锚索预应力对岩体挤压加固作用,使锚索与锚杆支护相互促进、相互补强。锚索有很好的延展性和抗拉强度,使锚索形成的锚固岩体在巷道顶板中部形成一条强度大、结构稳定的承载体。锚索锚固点处在松动圈之外,增加了顶板承载体的稳定性。锚索布置在两排锚杆之间,增加了支护的密度,锚索的高延展性、高强度,进一步提高了承载体的强度、塑性和抗弯曲破坏能力,提高了承载体的自稳能力。

2.支护设计

巷道初始设计采用工程类比法与理论计算相结合的方法,在组织施工过程中,灵活运用支护参数动态设计法,对初始设计予以修正。根据要设计巷道的地质条件,通过类比相似地质条件的巷道支护设计,得出支护方案。根据顶板复合层的厚度来确定顶板冒落拱的高度,采用理论公式进行验算。顶板岩层结构探测与支护后顶板变形监测和稳定性预测技术,采用打锚索孔或地质探测孔的方法探测顶板的岩层结构,根据探测结果,优化、调整支护参数。随着掘进面的推进,动态监测顶板的岩层变化趋势,根据探测的结果及时发现隐患.并修改和调整待掘进区域设计。消除对围岩条件变化反应滞后的现象,对每个区域都能根据最新的实时反馈信息,得到符合实际的锚杆支护参数。

2.1 设计内容

①锚杆、锚索间排距及长度

②支护材料选择。

2.2 设计

①锚杆支护参数初始设计;②现场施工组织;③顶板岩层结构的动态探测;④ 支护效果监测;⑤参数修改,完善锚杆支护设计。

2.3 观测内容

顶板离层仪内外离层、巷道表面位移、顶板钻孔窥探仪观测

2.4 支护参数优化

根据矿压信息,不断修正设计,循环往复最后达到参数的最优化。同时对支护后的巷道顶板进行变形监测,预测顶板危险区域,采取控制措施,消除安全隐患。

2.5 煤壁管理

在巷道施工过程中,上帮高达4.0m,容易片帮,导致帮部在没有来得及支护之前,煤就已经塌帮。针对巷道施工过程中经常出现掉渣空肩现象,采用全封闭支护;由原来常规间排距800mm×800mm改为600mm×600mm。由于煤比较松软,普通的钢筋网网格较大,煤容易外漏,在钢筋网内充填背板笆片,能更好地防止煤壁片帮。在锚杆托盘下加一层木垫板,能起到让压作用,增加弹性,不以致于帮部一来压,减少托盘螺冒崩掉现象。

3. 应用举例

3.1 试验巷道地质情况

石桥煤矿10402机巷,以M4煤层集中运输巷Jk点向前为中,方位N360°跟M4煤层上分层顶板施工平距157m后,跟下分层顶板施工。巷道全长380m,其中跟上分层顶板施工157m,跟下分层顶板施工223m。巷道围岩特征:M4煤层上分层厚平均0.7m,煤层上部有1~2可见煤线,顶板为细砂岩,灰白色,中厚层状,致密坚硬,F=6~8,厚7~15m,局部有一层灰质泥岩或泥岩伪顶,厚0.1~0.2m,不稳定易冒落。夹矸为深灰色泥岩,厚0.5~1.2m。 M4煤层煤厚平均3.26m。

3.2 初始设计

顶部采用φ18mm—M20—1800mm型高强左旋无纵筋螺纹锚杆,锚杆间排距:800mm×900mm,每排5根呈矩形布置,配加3.6m长M型钢带、钢笆网联合支护,每根锚杆使用两卷Z2350型树脂锚固剂进行加长锚固。帮部采用WGSC20/20J φ18mm—L2000mm型玻璃钢锚杆,配加π型、钢笆网联合支护,800mm×900mm,帮部每排使用四根锚杆,每根锚杆使用两卷Z2350型树脂锚固剂。论文格式。网:6#钢筋焊接的方格网,规格为1000m×1000mm,网格:100mm×100mm,网间要压茬连接。锚索选用φ15.24mm的高强度低松弛钢绞线,锚索长度根据M4煤层夹矸厚度及上分层煤的厚度来确定,每根锚索使用3支Z2350型树脂锚固剂,锚索托盘采用12号槽钢加工成,长600mm,中间加焊100×100×10mm的钢板,使用配套锁具。论文格式。锚索间排距为1600mm×1600mm。

3.3 理论验算

①悬吊理论计算锚杆参数:

a、锚杆长度计算:L=KH+L1+L2

式中:L---锚杆长度,m;H---冒落拱高度,m;K---安全系数,取2;

L1----锚杆锚入稳定岩层的深度,一般取0.4m;

L2----锚杆在巷道中的外露长度,一很取0.1m。

式中:B----巷道开掘宽度,取4.2m;

f----岩石坚固系数,砂岩取4。

则:L=2×0.53+0.4+0.1=1.56m

b、锚杆间距、排距计算:令锚杆间距、排距均为α,则

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