煤炭巷道錨桿支護(hù)方案設(shè)計(jì)應(yīng)用

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摘要：近兩年，我國(guó)煤炭行業(yè)呈現(xiàn)迅猛發(fā)展的趨勢(shì)，一些老煤礦巷道所采用的棚式支護(hù)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(hù)技術(shù)具有成本低、穩(wěn)定性高的特點(diǎn)，已經(jīng)在大型煤炭巷道支護(hù)中得到了廣泛應(yīng)用，對(duì)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(shí)例，對(duì)錨桿支護(hù)方案的設(shè)計(jì)與運(yùn)用進(jìn)行了詳細(xì)探討，為保證巷道支護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性提供參考。

關(guān)鍵詞：巷道；錨桿支護(hù)；方案設(shè)計(jì)

引言

有關(guān)調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，在社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)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(hù)技術(shù)均在一定程度實(shí)現(xiàn)了創(chuàng)新和突破。特別是巷道錨桿支護(hù)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(guó)煤炭支護(hù)結(jié)構(gòu)形成了具有中國(guó)特色的錨桿支護(hù)成套技術(shù)體系。大量運(yùn)用實(shí)踐表明，錨桿支護(hù)技術(shù)因具有施工周期短、穩(wěn)定性高、投入成本低的特點(diǎn)，已經(jīng)成為煤炭巷道首選的主要支護(hù)方式，在保障巷道安全生產(chǎn)建設(shè)的同時(shí)，還能有效提高煤炭的產(chǎn)量和效益，這對(duì)于促進(jìn)我國(guó)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(hù)設(shè)計(jì)方法的研究現(xiàn)狀

1.1錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)方法分類(lèi)

根據(jù)設(shè)計(jì)方式的不同，可以將煤炭巷道錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)方法分為以下幾類(lèi)：（1）工程類(lèi)比法?？山Y(jié)合煤炭所處區(qū)域的地質(zhì)條件、圍巖或松動(dòng)圈穩(wěn)定性等，尋找條件類(lèi)似的煤炭區(qū)作為參考，并在此基礎(chǔ)上開(kāi)展支護(hù)方案設(shè)計(jì)工作。（2）理論計(jì)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(hù)理論對(duì)巷道支護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)。（3）計(jì)算機(jī)軟件法。通過(guò)FLAC、UDEC等計(jì)算機(jī)軟件對(duì)錨桿支護(hù)結(jié)構(gòu)的參數(shù)進(jìn)行分析和設(shè)計(jì)，這種設(shè)計(jì)方法效率高、穩(wěn)定性強(qiáng)。（4）利用監(jiān)測(cè)設(shè)備對(duì)煤炭現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并結(jié)合監(jiān)測(cè)結(jié)果展開(kāi)錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)。1.2錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)的根本目的煤炭巷道錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)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(duì)巷道支護(hù)方案和參數(shù)進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，以減少安全事故的發(fā)生，同時(shí)還有利于提高成巷速度。在巷道支護(hù)施工中，錨桿支護(hù)方案設(shè)計(jì)主要包含兩項(xiàng)內(nèi)容：（1）支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。目前，我國(guó)煤炭主要使用的錨桿類(lèi)型有非金屬玻璃鋼、圓鋼和高強(qiáng)度螺紋鋼，其中高強(qiáng)度螺紋鋼在巷道錨桿支護(hù)中的應(yīng)用效果最好。（2）支護(hù)參數(shù)設(shè)計(jì)。在巷道錨桿支護(hù)方案設(shè)計(jì)中，要嚴(yán)格保證支護(hù)參數(shù)設(shè)計(jì)的合理性，如果出現(xiàn)參數(shù)不合理的問(wèn)題，則會(huì)造成支護(hù)成本過(guò)高、支護(hù)強(qiáng)度不夠等一系列問(wèn)題，容易導(dǎo)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(fù)雜性，對(duì)錨桿支護(hù)提出了更高、更嚴(yán)苛的技術(shù)要求。在錨桿支護(hù)施工中，可能會(huì)面臨地質(zhì)條件復(fù)雜、巷道受力差、動(dòng)壓影響強(qiáng)烈等問(wèn)題。因此，在巷道錨桿支護(hù)施工中應(yīng)結(jié)合煤炭巷道的實(shí)際條件，設(shè)計(jì)合理的支護(hù)方案，通常按照用途可以將煤炭巷道分為以下幾種類(lèi)型：（1）大巷道、主要上下山等，可為開(kāi)采水平服務(wù)，且服務(wù)年限較長(zhǎng)。（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(zhǎng)。（3）順槽、回撤通道等，專(zhuān)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(qiáng)度低、煤層膠結(jié)差、煤巖體易風(fēng)化等特性，給巷道支護(hù)帶來(lái)了極大的困難。為了解決該煤炭巷道的支護(hù)難題，嘗試實(shí)施了多種支護(hù)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(qiáng)度，嚴(yán)重影響了回采工作面的開(kāi)采進(jìn)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(jìn)行了錨桿支護(hù)方案設(shè)計(jì)，以保證巷道支護(hù)的穩(wěn)定性，從而解決該煤炭所面臨的圍巖松軟破碎問(wèn)題。

3煤炭巷道錨桿支護(hù)方案的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

3.1試驗(yàn)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(kāi)采3-2#煤層，該煤層平均厚度達(dá)到6m，傾斜角度為15°~16°，煤層單軸抗壓強(qiáng)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(gè)煤層距離底板的距離分別為5m、8m。對(duì)工作面的運(yùn)輸巷道和回風(fēng)巷道均實(shí)施了錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)，本文僅以回風(fēng)巷道的錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)方案為例?；仫L(fēng)巷道的掘進(jìn)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(hù)設(shè)計(jì)

通過(guò)利用現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)、計(jì)算機(jī)軟件等多種設(shè)計(jì)方式，確定采用樹(shù)脂全長(zhǎng)預(yù)應(yīng)力錨固組合支護(hù)。結(jié)合以往的錨桿支護(hù)經(jīng)驗(yàn)，錨桿采用高強(qiáng)度螺紋鋼，直徑和長(zhǎng)度分別為Φ20mm、240cm。樹(shù)脂全長(zhǎng)錨固采用W型鋼護(hù)板和菱形金屬網(wǎng)進(jìn)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(qiáng)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(hù)布置如圖1所示。

3.3井下監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析

通過(guò)分析監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可知，在距離掘進(jìn)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(guò)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(jiàn)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(shí)施錨桿支護(hù)在錨桿支護(hù)方案實(shí)施一段時(shí)間后，巷道整體受力值有逐漸變小的趨勢(shì)，且隨著巷道掘進(jìn)工作面的不斷推進(jìn)，錨桿支護(hù)穩(wěn)定性就越強(qiáng)。相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，在巷道掘進(jìn)工作面推進(jìn)至18m位置處，錨桿支護(hù)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(hù)受力值變化的過(guò)程中，全長(zhǎng)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(dòng)。由此可見(jiàn)，在整個(gè)巷道掘進(jìn)過(guò)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(wèn)題，說(shuō)明錨桿支護(hù)效果良好。為了進(jìn)一步提高采煤工作面的回采效率，在對(duì)錨索受力情況進(jìn)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?xún)?nèi)尚未出現(xiàn)波動(dòng)，在40m后開(kāi)始受到采動(dòng)影響，位移量開(kāi)始呈增加的趨勢(shì)，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(kāi)始呈現(xiàn)增長(zhǎng)的趨勢(shì)，在達(dá)到最大值后，錨索受力發(fā)揮的支護(hù)效果更好[3]。

3.4支護(hù)效果

從該煤炭巷道錨桿支護(hù)方案實(shí)施的結(jié)果來(lái)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(jìn)一步證實(shí)錨桿支護(hù)方案實(shí)施的有效性，支護(hù)人員還對(duì)巷道表面位移、錨索受力狀態(tài)進(jìn)行了監(jiān)測(cè)。通過(guò)分析監(jiān)測(cè)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(shuō)明該錨桿支護(hù)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(hù)成本也有所減少，相較于之前所采用的支護(hù)技術(shù)，本次煤炭巷道錨桿支護(hù)施工中所采用的支護(hù)材料費(fèi)用節(jié)省了約16.8%。

4結(jié)語(yǔ)

綜上所述，錨桿支護(hù)技術(shù)在煤炭巷道支護(hù)施工中的運(yùn)用，可以有效控制圍巖的變形量，避免其出現(xiàn)圍巖滑動(dòng)、裂紋產(chǎn)生等安全問(wèn)題，對(duì)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(fù)雜、煤巖體連續(xù)性較低的巷道支護(hù)施工中，通過(guò)合理設(shè)計(jì)錨桿支護(hù)參數(shù)來(lái)增強(qiáng)圍巖的整體穩(wěn)定性，盡量實(shí)現(xiàn)一次支護(hù)，避免二次支護(hù)或巷道維修影響到煤炭行業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)

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作者：許貴林 單位：遼寧東煤基本建設(shè)有限責(zé)任公司