沿空留巷顶板锚杆支护技术及应用

关键词：巷道支护；锚杆支护；支护实验 

中图分类号: 

along the goaf with roof bolting technology and application 

zhang junhu 

(sha qu coal mine of hua jin coal limited liability company,shanxi lvliang 033300) 

abstract:the shaqu ore by geological conditions, roadway support issue has been pending. to solve this problem, in the 24207 face new and enhanced support experiment, the optimization of the original roadway support system, so as to achieve effective control of the surrounding rock, and improve the quality of the roadway support. 

keywords: roadway support; bolt support; supporting experiment 

锚杆支护巷道经过50 多年的探索，已在煤巷巷道中得到了广泛的应用，最终巷道的主要支护形式之一[1-3] 。该文探讨的华晋焦煤沙曲矿24207作面，由于受地质条件等因素影响，巷道支护困难。原有的支护设计存在严重缺陷，导致巷道围岩表形严重，巷道维护成本昂贵，严重不利于煤矿的安全生产和经济效益 [4,5]。 

1．24207工作面岩性概况 

邻近钻孔资料分析，工作面3#+4#煤层向上距离2#煤层平均10.5m左右，向下距离5#煤层平均5.6m，其中2#煤平均厚度为1.04m，5#煤平均厚度为3.3m。工作面伪顶不发育，局部有0.2m的泥岩；3#+4#煤直接顶为灰黑色中细砂质泥岩，普氏硬度f=5，厚度为5.5m，含植物碎片化石，上部有菱铁矿，局部含砂，为硬脆易冒落顶板；老顶为5.59m的灰白色中砂岩，厚层状，以石英为主，次为长石，均匀层理。3#+4#煤层直接底为灰色中砂岩，普氏硬度f= 5，有团块状黄铁矿，可见大量的白云母碎片，顶部渐粗，属基本稳定岩层；老底为2.5m的黑色粉砂岩，有植物碎片化石（图1）。 

2．支护现状及存在问题分析 

2.1现有支护方式 

现有巷道断面及支护形式为矩形断面，锚、网、索、w钢带联合支护。全宽4.2m，净宽4.0m，全高3.9m，净高3.8m。 

2.2现有支护方式存在的问题及其分析 

（1）沙曲矿锚杆安装的预应力与安装扭矩关系不明确，造成锚杆施工比较混乱。 

（2）现有锚索托盘不利于发挥锚索的支护作用，锚索的支护作用受到限制。 

（3）巷道表面控制不力巷道围岩变形严重，没有针对措施。 

3．13503工作面运输顺槽支护实验设计 

针对沙曲矿现有巷道状况以及现有支护的缺陷，设计了新的加强支护形式进行实验，具体如下。 

3.1顶板加强支护 

顶板采用锚索梁补强的方式，形成“4-3-4-3”的锚索布置。钢绞线规格为ф22×6300mm，配合大托盘并压平钢板施工。 

平钢板的规格为长×宽×厚=2500mm×350mm×12mm，每块钢板布置三个长圆孔，孔中心距1000mm。 

大托盘规格为300mm×300mm×12mm。形成“3”的锚索采用“一梁三锚”的形式，间距1000mm，排距800mm；形成“4”的锚索采用“一梁三锚+一单体锚索”的形式，间距1000mm，排距800mm，单体锚索配300mm×300mm×12mm、150mm×150mm×12mm大小两块托盘施工，垂直顶板钻眼，眼孔深度6000mm，每孔采用三卷z2455树脂药卷加长锚固。锚索预紧力不低于90kn，锚固力不低于200kn。具体支护参数见图2。 

图2胶带巷补强支护平、断面图 

fig2 tape lane reinforcing the support level, cross-section diagram 

3.2帮部加强支护 

帮部加强支护采用ф22×2000mm螺纹钢锚杆配合3.2m×5mm五眼的“w5”钢带、200mm×200mm×12mm托盘及5×1.0m菱形金属网联合支护，金属网长边相互搭接0.1m，短边与原巷顶板金属网搭接0.1m，每隔0.2m用14#双股铁丝系一扣，每扣扭结不少于3圈。w钢带垂直顶底板，锚杆间距为0.75m，排距为0.8m，距顶板300mm处布置最上部的一根螺纹钢锚杆。每根锚杆使用z2455树脂药卷各两根进行锚固，锚杆初始扭矩为150—200n•m，最终扭矩为250—300n•m。具体支护参数见图2。 

3.3 加强支护方案数值模拟分析 

根据沙曲矿24207工作面岩性条件，利用flac2d软件建立数值模型图，模型模拟范围为长×宽＝80m×45m，巷道宽4.2m、高3.9m，锚杆支护采用加强支护方案参数，采用莫尔－库仑本构模型模拟各层岩体。各岩层力学参数如表1和表2所示。 

表1 锚固段锚杆物理力学参数 

 

表2 各岩层物理力学参数 

 

通过采用加强支护方案参数进行数值模拟分析可知，在采用加强支护的情况下巷道围岩的变形量明显得到控制，顶板下沉量以及左右两帮的移近量都明显减少，巷道围岩的塑性区分布均匀，避免了巷道左右两帮出现拉伸破坏（图3、4、5）。 

图3 竖直方向位移图 

fig3 vertical displacement distribution 

图4 水平方向位移图 

fig4 horizontal diplacement distribution 

图5 塑性区 

fig5 plastically deforming area 

4．实验结果 

2010年9月10日～2010年12月20日加强锚杆支护共施工401排，共计325.5m，平均月进度97.7m/月，4.01排/天。实验监测效果如下： 

（1）在新的加强支护形式下巷道围岩左右版的移近量比原来支护的移近量少了1.1米。（2）原支护形式锚杆锚索的回收、重复利用率比较低；巷道施工的成本也较高，新的加强支护形式相对在提高支护强度的同时，节约了一部分开支。 

（3）新的加强支护形式下巷道后期维护工程量明显减少。 

综上所述，整个巷道的支护条件得到改善。 

5．结论 

新的加强支护形式主要实现了以下几个方面： 

（1）锚索托盘出现翻盘的现象几乎不再发生，锚索与托盘强度不匹配而导致锚杆失效也得到了改进。 

（2）巷道围岩的变形量明显减少，并且维护成本也得到了合理的控制。 

（3） 新的加强支护条件下，节约了巷道的施工成本。