高强预应力强化支护技术在厚层复合顶板回采巷道中应用.docVIP

高强预应力强化支护技术在厚层复合顶板回采巷道中应用 　　摘要：随着高产高效工作面的应用和开采深度的加大，必然使井下巷道出现高地应力、软弱破碎围岩、大断面及赋存不稳定等一系列不利于巷道围岩控制的特征。淮南矿区的8槽、11槽、13槽煤层由于围岩结构复杂、岩性差、采深大、区域构造应力强烈，复合顶板常常具有本质的离层变形倾向，特别是13槽煤层复合顶板厚、巷道通风断面大、跨度大、且安全可靠性问题较其他矿区更加突出。传统的U型钢支护属于被动支护，早期不能承载，造成巷道变形严重，影响煤矿的正常生产，针对淮南矿区煤巷支护，我们提出了以锚杆锚索为主，结合滞后喷注浆的耦合支护方案。本设计针对淮南矿区某矿的13槽煤层进行工程实践。 　　关键字：复合顶板 预应力 联合支护 大断面巷道 　　中图分类号：TU74 文献标识码：A 　　 　　 　　1 工程概况 　　1112(3)工作面周围及上下煤层均未开采。工作面煤层赋存稳定，工作面钻孔揭露13-1煤层厚度3.61 m～5.07 m，平均厚度4.16 m，煤层结构复杂，煤层倾角为3°～10°，平均5°。根据北一13-1采区煤层回风上山揭露煤层情况，在煤层顶板含两层夹矸，平均厚度0.2～0.4 m；煤层中含有软分层，呈土状，手可以捻碎。煤岩层综合柱状图见图1所示。 　　 　　图1煤岩层综合柱状图 　　2 预应力控制技术原理 　　由于地质历史作用，围岩的构成特点具有非均匀性和非连续性，岩体内部存在着不规则、无规律分布的节理裂隙(原生节理裂隙可视为有一定的规则性，受采动影响后的次生裂隙则不具有这种特性)，使围岩的裂断和由此引起的变形、位移直至垮落成为一个随机过程。因此巷道围岩支护的目的是在这个过程中对一些特定状态(危险状态)进行有效的控制，使之引起的后果不至于妨碍正常的作业和危及人的生命安全。 　　为了保证煤矿安全生产，通过大量的现场实测与理论分析，对在水平地应力作用下预拉力锚杆的作用机理进行深入的研究，建立基于水平地应力的预拉力锚杆支护理论。 　　 　　 　　图2围岩的松散扩容变形与初始支护强度之间的关系 　　3 高强预应力强化支护技术体系 　　1) 锚杆承载性能的强化：包括技术手段的升级和创新：高性能预拉力锚杆向超强锚杆方向发展，以实现高强度、高刚度、高预紧力和高可靠性。U型钢支架向型钢热处理、卡缆更新、安装扭矩加大及壁后充填方向发展，以实现大承载、高阻缩动、恒阻滑动的工作状态。 　　2) 浅部围岩承载强度的强化：锚杆支护可以提高锚固体破坏前和破坏后的力学参数，改善被锚固体的力学性能，实现对不同形态及破裂程度的岩体强度的直接提高；通过提高径向应力及应力在径向的增加速度，促使围岩由二向应力状态向三向应力状态转化，从而达到提高围岩强度的目的。 　　3) 围岩承载结构的强化：针对层状赋存特点、岩体不均衡性产生的弱化区补强，促成围岩承载结构的形成或强化，包括含弱面或软弱夹层的顶板离层控制，以及对帮角岩体破坏区、软弱煤体、开放的底板等采取加固措施。 　　4 支护参数的确定 　　根据复合顶板的厚度，将顶板条件分为厚层复合顶板和薄层复合顶板，根据工程类比结合数值模拟对不同厚度的复合顶板采用不同的支护参数。 　　1) 巷道顶板采用7根IV级左旋螺纹钢超高强预拉力锚杆加4.8 m长M5型钢带、8#菱形网联合支护，锚杆规格为Ф22-M24-2800 mm，每根锚杆用Ф32钻头打眼、两节Z2380型树脂药卷加长锚固；锚杆间距750 mm，排距800 mm。 　　2) 巷道两帮采用5根IV级左旋螺纹钢等强预拉力锚杆加3.2 m长M5型钢带、8#菱形网联合支护，锚杆规格为Ф22-M24-2800 mm。每根锚杆采用一节Z2380型树脂药卷加长锚固；锚杆间距为750 mm，排距为800 mm。 　　3) 在顶板每排锚杆中间位置布置一套高预应力锚索梁，钢绞线规格为Φ21.8×7.7m，钢绞线下铺设2.6m的T2型钢带，钢带上三眼孔，间距1.1m，排距为800mm。锚索和钢带间配200×100×16mm托盘。锚索眼孔深度为7.5m，每孔采用三节Z2380树脂药卷加长锚固，以保证锚固效果；预紧力不得小于120kN，锚固力不低于200 kN。锚索梁紧跟迎头施工。 　　4）在顶板沿巷道走向布置两套高预应力锚索梁，钢绞线规格为Φ21.8×7.7 m，钢绞线下铺设2.2m的T2型钢带，钢带上两眼孔，间距1.6m，锚索和钢带间配200×100×18mm托盘。锚索眼孔深度为7.5m，每孔采用三节Z2380中速树脂药卷加长锚固，以保证锚固效果；预紧力不得小于120kN，锚固力不低于200kN。 　　5) 顶/帮破碎处，施工单体锚杆配大托盘加强支护，采用加长锚固方式，每根锚杆采用两节/一节Z2380型树