煤炭巷道錨桿支護方案設(shè)計應(yīng)用

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摘要：近兩年，我國煤炭行業(yè)呈現(xiàn)迅猛發(fā)展的趨勢，一些老煤礦巷道所采用的棚式支護方式穩(wěn)定性較差，難以滿足煤炭行業(yè)發(fā)展提出的高安全、高效率要求。錨桿支護技術(shù)具有成本低、穩(wěn)定性高的特點，已經(jīng)在大型煤炭巷道支護中得到了廣泛應(yīng)用，對于保障煤炭的安全、高效生產(chǎn)具有重要意義。本文主要結(jié)合具體的工程實例，對錨桿支護方案的設(shè)計與運用進行了詳細探討，為保證巷道支護結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性提供參考。

關(guān)鍵詞：巷道；錨桿支護；方案設(shè)計

引言

有關(guān)調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，在社會經(jīng)濟發(fā)展對煤炭需求量提出了更高要求后，采煤方法、采煤工藝和巷道支護技術(shù)均在一定程度實現(xiàn)了創(chuàng)新和突破。特別是巷道錨桿支護技術(shù)的應(yīng)用，有效改善了煤炭傳統(tǒng)巷道布置方式的局限性，已經(jīng)促使我國煤炭支護結(jié)構(gòu)形成了具有中國特色的錨桿支護成套技術(shù)體系。大量運用實踐表明，錨桿支護技術(shù)因具有施工周期短、穩(wěn)定性高、投入成本低的特點，已經(jīng)成為煤炭巷道首選的主要支護方式，在保障巷道安全生產(chǎn)建設(shè)的同時，還能有效提高煤炭的產(chǎn)量和效益，這對于促進我國煤炭行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展具有積極意義。

1巷道錨桿支護設(shè)計方法的研究現(xiàn)狀

1.1錨桿支護設(shè)計方法分類

根據(jù)設(shè)計方式的不同，可以將煤炭巷道錨桿支護設(shè)計方法分為以下幾類：（1）工程類比法。可結(jié)合煤炭所處區(qū)域的地質(zhì)條件、圍巖或松動圈穩(wěn)定性等，尋找條件類似的煤炭區(qū)作為參考，并在此基礎(chǔ)上開展支護方案設(shè)計工作。（2）理論計算法。結(jié)合煤炭所處區(qū)域圍巖的具體條件，采用相適應(yīng)的支護理論對巷道支護結(jié)構(gòu)進行設(shè)計。（3）計算機軟件法。通過FLAC、UDEC等計算機軟件對錨桿支護結(jié)構(gòu)的參數(shù)進行分析和設(shè)計，這種設(shè)計方法效率高、穩(wěn)定性強。（4）利用監(jiān)測設(shè)備對煤炭現(xiàn)場進行監(jiān)測，并結(jié)合監(jiān)測結(jié)果展開錨桿支護設(shè)計。1.2錨桿支護設(shè)計的根本目的煤炭巷道錨桿支護設(shè)計的根本目的在于提高巷道使用的安全性。在充分了解圍巖條件的基礎(chǔ)上，對巷道支護方案和參數(shù)進行合理設(shè)計，以減少安全事故的發(fā)生，同時還有利于提高成巷速度。在巷道支護施工中，錨桿支護方案設(shè)計主要包含兩項內(nèi)容：（1）支護結(jié)構(gòu)設(shè)計。目前，我國煤炭主要使用的錨桿類型有非金屬玻璃鋼、圓鋼和高強度螺紋鋼，其中高強度螺紋鋼在巷道錨桿支護中的應(yīng)用效果最好。（2）支護參數(shù)設(shè)計。在巷道錨桿支護方案設(shè)計中，要嚴格保證支護參數(shù)設(shè)計的合理性，如果出現(xiàn)參數(shù)不合理的問題，則會造成支護成本過高、支護強度不夠等一系列問題，容易導致巷道出現(xiàn)冒頂?shù)劝踩鹿蔥1]。

2工程概況

煤炭巷道因地質(zhì)與生產(chǎn)條件的復雜性，對錨桿支護提出了更高、更嚴苛的技術(shù)要求。在錨桿支護施工中，可能會面臨地質(zhì)條件復雜、巷道受力差、動壓影響強烈等問題。因此，在巷道錨桿支護施工中應(yīng)結(jié)合煤炭巷道的實際條件，設(shè)計合理的支護方案，通常按照用途可以將煤炭巷道分為以下幾種類型：（1）大巷道、主要上下山等，可為開采水平服務(wù)，且服務(wù)年限較長。（2）集中巷道、上下山等，可為采區(qū)服務(wù)，且服務(wù)年限比較長。（3）順槽、回撤通道等，專為回采工作面服務(wù)，且服務(wù)年限較短。某煤炭區(qū)具有煤巖體強度低、煤層膠結(jié)差、煤巖體易風化等特性，給巷道支護帶來了極大的困難。為了解決該煤炭巷道的支護難題，嘗試實施了多種支護方案，雖然取得了一定成效，但尚未從根本上提高圍巖的整體強度，嚴重影響了回采工作面的開采進度和效率。因此，該煤礦區(qū)與煤科院合作，在三區(qū)3-2S順槽處進行了錨桿支護方案設(shè)計，以保證巷道支護的穩(wěn)定性，從而解決該煤炭所面臨的圍巖松軟破碎問題。

3煤炭巷道錨桿支護方案的設(shè)計與應(yīng)用

3.1試驗巷道地質(zhì)與生產(chǎn)條件

在該煤礦三區(qū)3-2S一片工作面開采3-2#煤層，該煤層平均厚度達到6m，傾斜角度為15°~16°，煤層單軸抗壓強度為4.9MPa，該煤層上覆3-1#煤層已經(jīng)回采。3-2#和3-1#煤層之間的間距很小，且工作面范圍內(nèi)兩個煤層距離底板的距離分別為5m、8m。對工作面的運輸巷道和回風巷道均實施了錨桿支護設(shè)計，本文僅以回風巷道的錨桿支護設(shè)計方案為例?；仫L巷道的掘進斷面呈現(xiàn)半圓拱形，寬度和高度分別為3.6m、1.1m，巷道埋深在360~380m范圍內(nèi)。

3.2巷道支護設(shè)計

通過利用現(xiàn)場監(jiān)測、計算機軟件等多種設(shè)計方式，確定采用樹脂全長預(yù)應(yīng)力錨固組合支護。結(jié)合以往的錨桿支護經(jīng)驗，錨桿采用高強度螺紋鋼，直徑和長度分別為Φ20mm、240cm。樹脂全長錨固采用W型鋼護板和菱形金屬網(wǎng)進行加固處理，端部和后部分別采用快速、慢速固化錨固劑，這樣做的目的是為了增強錨固的穩(wěn)定性。錨桿與錨桿之間的距離設(shè)置為0.8m，頂板布置8根錨桿，且間距設(shè)置為0.75m。錨桿預(yù)緊力矩為400kN[2]。軟巖回采巷道錨桿支護布置如圖1所示。

3.3井下監(jiān)測數(shù)據(jù)分析

通過分析監(jiān)測數(shù)據(jù)可知，在距離掘進工作面約52處，表面位移逐漸趨于穩(wěn)定，且上幫、下幫的移近量分別為48mm、32mm。在表面位移趨于穩(wěn)定的過程中，頂?shù)孜灰茢?shù)據(jù)也發(fā)生了變化，移近量為280mm，其中頂板下沉量為40mm、底臌量240mm，可見底臌量在頂?shù)滓平恐姓紦?jù)了較大比例，造成該現(xiàn)象的最大原因就是未實施錨桿支護在錨桿支護方案實施一段時間后，巷道整體受力值有逐漸變小的趨勢，且隨著巷道掘進工作面的不斷推進，錨桿支護穩(wěn)定性就越強。相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，在巷道掘進工作面推進至18m位置處，錨桿支護的受力值最大，在距離工作面120m處，錨桿整體受力趨于穩(wěn)定。在錨桿支護受力值變化的過程中，全長預(yù)應(yīng)力錨桿受力和錨索張拉后的受力值均未發(fā)生大幅度變化，基本在5~8kN范圍內(nèi)浮動。由此可見，在整個巷道掘進過程中，圍巖保持了較好的穩(wěn)定性，尚未出現(xiàn)變形、易破碎的問題，說明錨桿支護效果良好。為了進一步提高采煤工作面的回采效率，在對錨索受力情況進行分析后，該煤炭區(qū)決定重新設(shè)置巷道表面位移。在重新設(shè)置后，巷道在距離采煤工作面40m以內(nèi)尚未出現(xiàn)波動，在40m后開始受到采動影響，位移量開始呈增加的趨勢，特別是50m以后位移量增加幅度更大。在距離采煤工作面60m的位置，頂板上幫移近量為54mm、下幫移近量為200mm。錨索預(yù)應(yīng)力在距離回采工作面80m處開始呈現(xiàn)增長的趨勢，在達到最大值后，錨索受力發(fā)揮的支護效果更好[3]。

3.4支護效果

從該煤炭巷道錨桿支護方案實施的結(jié)果來看，巷道的穩(wěn)定性完全能滿足煤炭安全生產(chǎn)的需要。為了進一步證實錨桿支護方案實施的有效性，支護人員還對巷道表面位移、錨索受力狀態(tài)進行了監(jiān)測。通過分析監(jiān)測數(shù)據(jù)可知，巷道圍巖的總變形量不大，且錨桿、錨索受力幅度較小，說明該錨桿支護方案具有一定的可靠性，能有效控制巷道圍巖變形，保障巷道使用的安全性。除此之外，錨桿支護成本也有所減少，相較于之前所采用的支護技術(shù)，本次煤炭巷道錨桿支護施工中所采用的支護材料費用節(jié)省了約16.8%。

4結(jié)語

綜上所述，錨桿支護技術(shù)在煤炭巷道支護施工中的運用，可以有效控制圍巖的變形量，避免其出現(xiàn)圍巖滑動、裂紋產(chǎn)生等安全問題，對于保障煤巖體的完全性具有重要作用。而且該技術(shù)同樣適用于地質(zhì)條件復雜、煤巖體連續(xù)性較低的巷道支護施工中，通過合理設(shè)計錨桿支護參數(shù)來增強圍巖的整體穩(wěn)定性，盡量實現(xiàn)一次支護，避免二次支護或巷道維修影響到煤炭行業(yè)的經(jīng)濟效益。

參考文獻

[1]張剛.雙馬煤礦大斷面切眼巷道錨桿支護設(shè)計研究[J].中國煤炭,2019,v.45;No.517(08):102-107.

[2]張宏偉,劉長江,李云鵬,等.特厚煤層綜放工作面回采巷道支護技術(shù)研究[J].煤炭科學技術(shù),2020,v.48;No.545(04):190-198.

[3]張銳.東曲礦14218工作面運輸巷頂板穩(wěn)定性控制技術(shù)研究與應(yīng)用[J].煤炭與化工,2019,42(3):10-13.

作者：許貴林 單位：遼寧東煤基本建設(shè)有限責任公司