大断面多交叉点破碎围岩巷道锚梁网索支护

添加人：admin 发布时间：2015/11/9 14:43:51 来源：中国破碎机网

　　试验研究大断面多交叉点破碎围岩巷道锚梁网索支护沈永祥（潞安环能股份公司五阳煤矿，山西长治046205）来越大、交叉点越来越多的现象，交叉点处断面大，围岩压力相互叠加，巷道支护难度大。一般的棚式支护、砌碹支护等传统方式无法解决这一问题。通过对五阳煤矿短臂开采工艺实践过程的总结，提出大断面多交叉点破碎围岩巷道锚梁网索支护技术，确保掘巷及回采期间的安全可靠性。
　　1地质概况潞安环能股份公司五阳煤矿51采区3煤层位于山西组中下部，煤层平均厚度6.52m，伪顶为黑色炭质泥岩，单向抗压强度为12.7MPa；直接顶为灰黑色砂质泥岩，单向抗压强度平均为19.2~24.5MPa；老顶为灰白色中粒砂岩，单向抗压强度为78.5MPa.短壁开采试验区域及主要地质构造内有一天仓向斜及H=10.0m、倾角小于70°的正断层。垂直应力为8.75MPa. 2大断面多交叉点巷道支护原理和方法2.1大断面多交叉点巷道支护原理（1）软弱顶板条件下，锚杆的作用就是成拱作用，而且这种作用比锚杆的增强作用对支护体的影响更大。①锚杆对提高岩层抗水平载荷能力较小，而对提高抗垂直载荷的能力很大。这是因为水平加载时，锚岩支护体不能形成拱结构，而在垂直加载情况下，易形成锚固拱结构。②锚岩支护体的承载能力大于锚杆约束增强作用而提高的岩层承载能力。
　　这一点可以通过比较锚岩支护体水平加载与垂直加载时的锚固特性得知。水平加载时，由于锚岩支护体不形成拱结构，锚杆对岩层承载能力的影响主要是提高了岩层的力学性质（材质）。垂直加载时，锚杆的作用大幅度提高了岩层的承载能力，其中不仅仅是锚杆的增强作用，主要是锚杆改变了岩层的承载结构。③无支护的顶板岩层在产生较小变形时其承载能力急剧降低并失稳冒落，这也是由于顶板破坏产生岩块不能形成拱结构的原因。
　　（2）根据多交叉点大跨度条件下锚杆支护成拱的重要作用，提出了锚固平衡拱支护原理。其主要内容如下：①煤巷软弱顶板岩层在矿山压力作用下经历压缩弯曲变形的过程。巷道开挖后，顶板周边的垂直支承应力消失，平行层理面的水平压应力增高，在顶板岩层中形成无垂直约束、受单向水平挤压应力作用的拱形区。该区岩石因受单向水平集中压应力的作用而产生塑性破坏或沿节理弱面错动、离层，引起岩层弯曲下沉。②锚固岩层在没有整体达到塑性破坏之前，顶板岩层仍可能保持岩梁的结构。由于岩层变形很小，部分岩层尚未超过其强度极限，岩层自身的承载能力很高，而且岩层主要受水平挤压应力作用（加载），所以，此时锚杆对岩层承载能力的影响很小。随着围岩变形的增大，顶板岩层的塑性破坏区很快超过锚固范围，顶板岩层梁的结构被破坏，同时，锚杆的支护作用迅速得到发挥。因此，锚杆支护的组合梁作用是锚岩支护体变形破坏过程中在开始阶段所起的作用。对于软弱顶板来说，锚杆的组合梁作用是短暂的。③锚固岩层整体进人破坏阶段后，岩层已经不是一个连续体，不存在一个中性层使其一侧受压、另一侧受拉的现象。由于顶板岩层在水平方向受约束，破坏了的岩石在锚杆的作用下相互挤压，形成维持自身平衡的压力拱――锚固平衡拱。压力拱的存在使锚固岩层形成以巷帮为基础锚岩支护体。由于锚岩支护体是拱结构支护体，而不是梁结构体，所以，使处于破坏状态的顶板岩层的承载能力大幅度提高。④锚岩支护体是否具有较大的承载能力和变形能力，除了顶板岩层的力学性质是决定因素外，关键是锚杆的成拱作用大小。锚杆支护的最大作用是成拱作用，而锚杆的约束和抗剪作用则是锚杆发挥成拱作用的必要条件。所以，锚杆的成拱作用大小与锚杆支护形式和支护参数有关。⑤锚岩支护体形成锚固平衡拱的关键是通过锚杆的作用保持销岩支护体的整体性。岩石松动是造成描固平衡拱破坏的直接原因，使锚杆丧失抗剪作用和约束作用，从而使锚杆失去拱作用。
　　锚岩支护体整体性可以用锚岩支护体的扩容度来表示，间接反映了描岩支护体刚度。所以，也是衡量锚岩支护体整体性能、松者瑕度及肋的一个指标。
　　2.2大断面多交叉点巷道支护方法2.2.1合理的锚杆支护形式比较不同锚杆支护方式可知，采用全长锚固的锚梁网支护形式最能充分发挥锚杆的约束和抗剪作用，防止岩石松动，保持锚固平衡拱的整体性和承载能力。因此，这种支护形式是软弱顶板锚杆支护的合理支护形式。
　　在锚杆布置方式上，不同的支护原理采用不同的锚杆布置方式。如按悬吊原理和组合梁原理，锚杆的布置均垂直于巷道顶板，这样可以充分发挥锚杆的悬吊作用和抗剪作用。按照锚固平衡拱支护原理，采用辐射状锚杆布置方式更有利于发挥锚杆成拱作用和顶板的稳定。
　　2.2.2锚索的加强支护作用锚杆与锚固岩层组成的描固体与矿工钢金属支架相比，其承载能力和抗变形能力很大。但锚杆支护不是在所有条件下都是绝对可靠的，当顶板岩层强度很低并且很软时，锚杆难以维持顶板岩层的整体性和发挥出锚固平衡拱的作用。因此这种锚杆支护巷道需要使用锚索进行加强支护，困难地段，锚索与描共同作用支护顶板，得到了较好的效果。
　　3大断面煤巷锚网交叉点临时支护设计在试验开采区域中部沿天仓向斜轴部掘进一条主巷，主巷两侧布置支巷，支巷两侧布置采硐。支巷沿主巷前进式布置，支巷内采用后退式开采。主巷掘进至采区边界，采完所有支巷后，再进行后退式回收主巷两边的煤柱。
　　3.1主巷支护设计3.1.1布置位置主巷从51采区2胶带巷516测点上方20m16Coal6/2005处开口，与主1、2胶带巷平行。巷道断面采用矩3.1.2支护形式纹为M24、杆体为22左旋无纵筋螺纹钢筋锚杆，与4.3 m长钢筋托梁支护，并铺设4.9mx.9m的经纬金属网。树脂加长锚固，采用两支锚固剂，一支规格为K2335，另一支规格为Z2360.钻孔直径为27mm，描固长度为1300mm.描杆排距0.8m，每排6根锚杆，间距0.8m.、1X7股高强度低松驰预应力钢绞线，长度8.0m的锚杆，树脂加长锚固，采用一支K2335和两支Z2360树脂药卷锚固，描固长度1500mm.每三排描杆（2.4m）打一排描索，间距1.5m，距两帮各1.5m.锚索托板为100mmX90mmX1mm钢板，顶板两排销索每两根采用3.5m的12槽钢托梁连接。
　　（2）巷帮支护。锚杆采用玻璃钢杆体直径为16mm、杆尾螺纹为M20、长度2.0m的铺杆，与2.4 m长钢筋托梁支护，并铺设2.7mX.9m的经纬金属网。树脂加长锚固，采用两支锚固剂Z2360树脂药卷锚固。钻孔直径为27，锚固长度为1500mm.锚杆排距0.8m，每排4根锚杆，间距3.2支巷支护设计支巷断面及支护形式同主巷。
　　3.3交叉点支护设计3.3.1主巷与支巷交叉点支护设计（2）巷帮支护。锚杆采用杆体为20无纵筋螺纹钢筋、长度2.0m、杆尾螺纹M22的锚杆，与2.4 m长钢筋托梁支护，并铺设2.7mX. 9m的经纬金属网。树脂加长锚固，采用一支锚固剂Z2360树脂药卷锚固。钻孔直径为30，锚固长度为950mm.锚杆排距0.8m，每排3根锚杆，间距（3）交叉点尖角处支护。在交叉点尖角处，采用钢筋托梁和双层金属网将煤体包裹，其中钢筋托梁横向布置，并用其它帮锚杆压住，同时，在交叉点尖角处打设三根锚杆压住托梁和金属网，托板采用300mmX 1mm的钢板。
　　3.3.2支巷与采羽临时支护设计（1）为确保巷道与采硐交叉点处顶板稳定，交叉点处“迈步抬棚”临时支护方式已不能保证及时支护和支柱安全回撤的要求。必须采用锚索进行加固处理。
　　（2）锚索加固支护参数，目前巷帮开口实际长度6.7m.①已掘交叉点。锚索材料为D15.24、1X7股高强度低松驰预应力钢绞线，长度8.0m，树脂加长锚固，采用一支K2335和两支Z2360树脂药卷锚固，锚固长度1 500.距支巷帮0.5m处补一排锚索，锚索间距24m.锚索托板为100mmX90mmX1mm钢板，顶板两排描索每两根采用3.5m的12槽钢托梁连接。保证交叉点处有4根锚索加固。②未掘交叉点。距支巷帮0.2m处补一排锚索，锚索间距2. 4m.锚索托板为100mmX90mmX1mm钢板，顶板两排描索每两根采用3.5m的12槽钢托梁连接。保证交叉点处有4根锚索加固。
　　4结语（1）锚网支护技术性能优越，适应性好。由于锚杆具有较大的抗剪、抗弯强度，可适应复杂应力状态的围岩，同时锚杆对围岩产生主动的横向和纵向预应力，增加了围岩的强度和稳定性，抑制了高应力因素对巷道的影响，支护效果明显。
　　（2）采用锚梁网索支护技术有效控制了大端面破碎围岩变形，改善了井下作业环境，同时提高了安全可靠性。
　　（3）施工速度快。利用锚网支护施工交叉点，不架设抬棚，掘进机直接掘进，施工速度提高15倍。
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