松散煤层锚杆支护技术研究

前言

　　因此，采空区下松散煤层双沿空大断面掘巷又成为严重制约煤矿综采整体效益的瓶颈，丌发研究松散煤层沿空掘巷锚杆支护问题己迫在眉睫。只有采用新型的更高性能的支护技术才能控制沿空巷道的围岩变形，做到一次成巷，满足安全生产要求，以最大限度地发军锚杆支护的技术经济优越性。为此，我们选取11515机巷进行了新型高性能预拉力锚杆支护的试验和以下几个方面的研究：（1）锚杆杆体体质及表面结构的选择；（2）提高功杆预拉力的措施。

　　1.巷道概况

　　II515工作面设计为综采工作面，该面上邻II513工作面，下接II517工作面（已回采），左为西一采区上山及II518工作面（已回采），右为W538工作面（己回采），形成孤岛煤柱；该面煤层厚度2.9-3.5m，平均3.44m，煤层倾角3-13度，平均7度，硬度f-0.6。其直接顶为深灰色致密块状泥岩，平均厚度2.33m，裂隙较发育；老顶为浅灰色细粒砂岩，平均厚度5.11m，直接底为深灰色块状泥岩，平均厚度1.39m。II515机巷走向长1250m，埋深250m，沿II513工作面采空区掘进。

　　2.支护参数的选择

　　根据地质条件及生产需要，II515机巷采用新型高性能预拉力锚杆支护，护巷煤柱4m，巷道断面为斜矩形，净宽×中高=3.8m×2.4m，选用20MnSi材质的高性能等强度无纵筋左旋螺纹钢锚杆，布置为353型，即顶板使用5根?20×L2000mm锚杆，每根锚杆用1卷K2350、2卷222335型树脂药卷锚固，同时铺设菱形金属网及L3600mm的“w”型钢带；两帮采用3根?20×L2000mm锚杆，每根锚杆用2卷K2350型树脂药卷加长锚固，同时铺设菱形金属网及L2000mm的“W”型钢带。顶锚杆的株距为850mm，帮锚杆的株距为900mm，排距皆为800mm。另外，为加强巷道顶板支护，每3m安装一根锚索，锚索布置在巷道顶板中部，规格为?15.24×L5400mm钢绞线，锚固深度为5m。

　　3.现场施工管理

　　机巷采用钻爆法施工，两帮预留400mm，通过人工刷帮至设计尺寸，“三・八”工作制，边掘边锚的作业方式，锚杆紧跟迎头，小班多循环作业。

　　对于施工中的特殊地段，我们采取了特殊的处理措施：顶板破碎带及巷道最凹点：在施工中，由于项板破碎或者老塘水浸泡煤帮，我们把锚杆排距从800mm缩小到600mm，确保锚杆的锚固质量，加强金属网的联接，同时在进行锚杆支护后，及时加补大棚档工字钢棚。

　　过断层：11515机巷施工到750m时遇到F9断层。我们采取锚杆锚固在老顶，煤层诈常后再下落锚固在直接顶上，两帮加补横向的钢带联结，最后通过卧底保证巷道高度，这样过断层既快又安全。在施工过程中，每个小班均设有验收员，利用扭力扳手随时监测锚杆的初锚力：要求帮锚杆螺母拧紧力矩≥100N・m，达不到要求的及时加扭或补打锚杆：矿压监测人员定期对锚杆进行拉拔力测试，确保拔力符合要求。

　　4.支护效果分析

　　由于锚杆巷道轩岩离层变化比较隐蔽，围岩的破坏失稳一般没有明显预兆，不易被人察觉，破坏时往往具有突发性，巷道一旦发生冒顶，范围较大，危害严重。为了便于作业人员观察围岩变化情况，发现异常情况能及时采取处理措施，保证安全生产，同时通过监测获得信息，为修改、完善方案设计提供依据，我们在机巷内共设测站22个，同时安装了离层指示仪、测钉、液压枕等，分别监测顶板离层值、围岩表面位移量和锚杆的受力情况。施工过程中，两帮相对位移量最大为600mm，平均430mm，巷道宽度能满足生产需要。

　　根据煤层上覆顶板的特点及锚杆（2.2m），锚索（5.0m）的锚固深度，现场选用双高度顶板寓层指示仪观测顶板：深部基点5m，固定在老顶上，同锚索的锚固深度相同，浅部基点深2.2m，固定在直接顶泥岩中，监控顶板锚杆区范围内的离层情况。通过观测，锚杆锚固区内顶板离层较小，最大只有5mm，大部分测点无离层显示，锚杆锚固区外，项板离层量最大只有10mm。

　　这些数据表明，锚杆及锚索的锚固效果明显，支护效果较好，能有效地控制顶板变形，保证掘进工作面的安全生产。

　　5.效益分析

　　II515机巷全长1200m，从2001年5月中/日旬开始掘进施工，至2003年5月底回采结束，满足了生产需要，实现了安全生产，达到了设计要求。

　　满足了支护断面要求：沿空巷道采用架工字钢棚支护，由于压力大，巷道变形严重，前掘后改，需多次维修，回采时仍要超前改棚、卧底，巷道断面仍不能满足生产需要，严重制约综采能力的发挥，同时增大工人劳动强度和巷修材料投入。在回采期间，甚道两帮移近量均在预计范围之内，顶板通过离层指示仪观测，变形量极小，仅需简单处理即能满足生产需要，为设备的运输、工作面的安装和回采创造了良好的条件。

　　提高了单进水平，确保了综采工作面的接替：采用新型高性能锚杆支护后，平均月进210m，比架棚支护提高了40％，大大地缓解了综采工作面的接替，为煤矿的稳产高产打下了峰实的基础。

　　降低了劳动强度，保证了安全生产：由于架棚支护不能有效抵抗巷道的压力，巷道变表严重，且易发生片帮、冒顶现象，为保证巷道断面，需经常维修，极易发生冒顶事故，既浪费人力、物力，安全又无保证。

　　简化了综采工作面两巷超前管理，提高单产：综采工作面两巷采用架棚支护时，必须提前进行替棚，用工多，速度慢，严重制约了工作面的推进速度，而新型高性能预接力锚杆支护的应用有效减少了回采超前压力对巷道的破坏，省掉了替棚工序，保证了通肛1断面，加快了工作面的推进度，提高了单产。

　　试验结果表明，在采空区下松散煤层进行双沿空掘巷采用新型高性能预拉力锚杆支护，在技术上是可行的，在实践上是成功的。煤矿II515机巷成功进行高性能预拉力锚朴支护，即给企业带来了显著的经济和社会效益，同时也积累了一定的经验，为今后推广应用该项技术奠定了基础。