锚杆、锚索联合支护在采场动压区的应用与实践

2022-09-11

1 工作面概况

3326B工作面位于三水平轴东二采区12-1煤层, 设计走向长度625m, 工作面标高-4 9 0 m~-5 1 5 m, 该工作面西北部为3324B正在回采, 东部至3320轨道正眼。在巷道布置上, 3092采空区位于其正上方, 距离12-1煤地板底板法距60m。煤层平均煤厚2.17m, 平均倾角5°。直接顶为粉砂岩, 厚度5.34m, 灰色, 黏土胶结, 松散, 遇水变软。老顶为细砂岩, 厚度6.75m, 浅灰色, 胶结致密, 节理发育, 斜层理和水平层理。

2 巷道支护作用机理

(1) 采用锚杆支护, 可以减少围岩浅部的扩容变形能力。在高应力或采场动压的作用下, 扩容变形是不可能完全阻止的, 通过锚杆、锚索联合支护可以有效地加固锚固范围的围岩体, 可以大大减少其扩容变形量。 (2) 采用锚索支护, 主要是将锚杆支护形成的次生承载层与围岩的坚固承载层相连, 阻止因次生承载层失稳而引起的顶板垮落。同时由于锚索锚固深度大、承载能力强、可施加较大的预紧力, 增加不连续面之间的摩擦力从而提高围岩的整体强度。 (3) 采用钢带、金属网提高了岩面得抗拉变形能力, 控制围岩的变形量, 同时通过钢带, 形成一个有机的支护体, 而不是锚杆索的独立作用, 从而提高了整体支护能力。

3 支护技术参数

巷道断面:梯形, 尺寸为净宽×中高=4000×2200 (mm) 。

3.1 巷道顶板支护

采用5根规格为Φ22×2200mm右旋等强螺纹钢锚杆加3900mm长BHW-250-2.75钢带, 菱形金属网联合支护, 间排距900×8 0 0 m m, 加长锚固, 每根锚杆采用1卷K2333树脂锚固剂和2卷Z2333树脂锚固剂。顶部用两趟Φ15.24×6000mm锚索进行加强支护, 每4排锚杆安装两套, 每根采用2卷K2333树脂锚固剂和4卷Z2333树脂锚固剂, 托盘使用长500mm的25U钢。

3.2 巷道上帮支护

采用4根规格为Φ22×1600mm右旋等强螺纹钢锚杆加2000mm长用Φ10mm钢筋焊接的梯子梁框, 菱形金属网联合支护, 间排距650×800mm, 加长锚固, 每根锚杆采用1卷K2333树脂锚固剂和1卷Z2333树脂锚固剂。巷道下帮支护:采用3根规格为Φ16×1600mmA3钢锚杆加1700mm长用Φ10mm钢筋焊接的梯子梁框, 菱形金属网联合支护, 间排距800×800mm, 加长锚固, 每根锚杆采用1卷K2333树脂锚固剂和1卷Z2333树脂锚固剂。

4 施工要求

(1) 采用单排锚杆循环施工方式, 及时支护顶板。 (2) 菱形金属网从顶板中部向两边铺设, 顶网过肩锚杆后在巷道帮部加网到底角, 顶网与顶网、顶网与帮网要铺平、拉紧、紧贴岩面, 并要联好网, 联网距≤200mm。 (3) 顶锚杆角度 (与顶板夹角) :两肩75°, 其余90°, 锚杆轴向偏差不大于5°。锚杆尾端 (螺母以外) 外露长度30mm~50mm。 (4) 锚杆螺母预紧力不小于100N·m, 每班抽样一组 (3个) 检验, 扭矩不合格及时拧紧。 (5) 顶锚杆按由中间向两侧顺序施工, 帮锚杆按由上向下, 先上帮后下帮顺序施工。

5 矿压观测及效果分析

5.1 矿压观测方案

(1) 巷道表面位移观测。在巷道的两帮及顶底板每隔80m布置一个固定的测点, 测定巷道的两帮内挤量、顶板下沉量、底臌量、顶底板移近量等参数。 (2) 巷道顶板离层观测。在巷道顶板岩层中每隔80m安设一个顶板离层仪, 观测巷道顶板表面与顶板岩层中不同位置的相对位移量。

5.2 观测结果

经过现场观测, 得到巷道最终稳定的一组观测数据, 如表1、表2。

由表1、表2可知表面位移顶底板的移近量大于两帮位移量, 这是由于本巷道的水平应力为最大应力, 加上顶板岩石强度大于两帮煤强度, 且顶板支护强度较大, 顶板的下沉量较小, 且根据现场情况, 巷道底鼓表现明显, 顶底板的移近量主要是因为巷道底鼓造成。

5.3 效果分析

(1) 因该工作面掘进时除了要受到初次开挖地应力影响之外, 还受到3324B综采工作面回采动压的影响。为防止两种应力迭加造成顶板离层, 采用了顶板使用双趟锚索进行加固, 其锚深大于松动圈范围, 并使用25U钢做托梁使之形成一组合体取得了较好的支护效果。 (2) 锚索梁能充分发挥岩体的自身承载能力, 锚索在安装时能以较大的预应力对岩体施加压力, 并传递主体结构的支护应力至深部稳定围岩。 (3) 减少巷道维修量。以前类似条件下采用架棚或普通锚网支护的巷道, 从开挖到交付使用, 并经采场动压作用后, 都要有一到两次的维修。采用锚杆、锚索联合支护后, 掘进过程中基本没有维修, 经过采场动压作用后, 也只是巷道断面略有减少, 能够满足生产需要。