“高应力锚索棚+桁架锚索”联合支护在应力集中区中应用
时间：2023-06-25 20:15:04 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
张云天
（晋能控股煤业集团泰山隆安煤矿，山西 忻州 034000）
晋能控股煤业集团泰山隆安煤矿8203 运输顺槽位于井田二采区，北为8#煤二采区辅运下山，南为8205 采空区，东为原晋豫煤矿老空区，西为8202 采空区。8203 运输顺槽设计掘进长度为627 m，巷道宽度为5.0 m，高度为3.5 m，沿8#煤层顶板掘进，煤层倾角2°～8°，平均4°，煤层厚度3.7～5.2 m，平均5.2 m。煤层顶底板岩性见表1。
表1 8#煤层顶底板岩性汇总表
2.1 巷道原支护设计
巷道顶板采用锚杆、锚索、金属网联合支护，回采侧采用玻璃钢锚杆、木托板支护；
非回采侧采用圆钢锚杆、木托板支护。
（1）顶锚杆。顶螺纹钢锚杆规格为Φ20 mm×2400 mm，每排6 根，布置间距为0.9 m，排距为1.0 m，锚杆外露端安装一根“W”型钢带，中部锚杆垂直顶板布置，两侧锚杆向巷帮侧成75°夹角。
（2）顶锚索。顶板每排布置3 根锚索，锚索长度为7.0 m，直径为17.8 mm，锚索布置间距为1.8 m，布置排距为3.0 m，锚索成点性布置，每根锚索外露端安装一块托板进行预紧，托板长度为0.3 m，宽度为0.3 m，所有锚索与顶板垂直布置。
（3）菱形金属网。8#菱形金属网，顶网长宽为10 000 mm×1700 mm，帮网长宽为5200 mm×1200 mm，网孔60 mm×60 mm；
板塑钢网：抗拉强度大于160 MPa，井字型，网孔40 mm×40 mm，长宽为10 000 mm×1700 mm。
（4）钢带。Φ18 mm 螺纹钢6 孔钢带，长5.0 m，宽0.25 m；
锚杆钢托盘150 mm×150 mm×8 mm，木托盘400 mm×200 mm×50 mm；
锚固剂CK2360；
顶锚杆锚固力不小于68 kN，帮锚杆不小于49 kN；
Φ17.8 mm 锚索锚固力不小于150 kN，Φ21.6 mm锚索锚固力不小于200 kN。
2.2 巷道掘进主要存在问题
8203 运输顺槽掘进至511 m 处时揭露落差1.8 m 的F5 正断层，断层与巷道夹角为48°，巷道掘进至519 m 处时完全揭露了断层。巷道从511 m 揭露断层后，顶板开始出现破碎现象，主要表现在巷道中部顶板破碎、冒漏。巷道掘进至516 m 处时巷道成型效果差，巷道顶板呈尖锥状。原顶板锚杆（索）支护效果差，现场实测锚杆失效率达18%。
2.3 巷道破碎机理
（1）断层影响。现场观察发现巷道在F5 断层影响下破坏了巷道掘进煤层整体稳定性，断层侵入区内位于顶板往下1.5 m范围内为泥岩、8#煤混合层，煤岩体之间胶结稳定性差，巷道在断层区掘进时，受断层应力作用，顶板岩体力学结构遭到破坏，顶板破碎。
（2）采空区影响。8203 运输顺槽南部为8205采空区，与采空区之间预留厚度为25 m 煤柱。巷道揭露断层后，煤柱裂隙发育，采空区残余应力沿裂隙带传递至巷道内并进行释放，造成煤柱侧顶板出现断裂破碎现象。
（3）支护强度低。原顶板采用的锚杆（索）支护属于被动支护，且支护主要采用锚固剂进行锚固，当顶板在应力持续作用下，锚杆（索）锚固端出现支护“疲劳”现象，导致锚杆（索）锚固失效。
3.1 桁架锚索支护
（1）桁架锚索支护原理。传统锚杆（索）支护时，通过对支护体施加预应力，将预应力传递至稳定岩体中，从而形成连续稳定的应力梁。但是，顶板在垂直向下应力作用下，造成顶板岩体破碎严重，锚杆（索）支护时预应力无法有效传递至稳定岩体内，从而降低了支护质量。桁架锚索支护是在应力区顶板施工一组斜角锚索，然后在斜角锚索端部施加水平拉力，斜角锚索拉力合力方向向上，从而削弱顶板应力作用，如图1。
图1 8203 应力区联合支护断面示意图（mm）
（2）桁架锚索支护结构。桁架锚索由恒阻锚索两根（长度为6.3 m，直径为21.8 mm）、双向张拉器一个（最大张拉行程为0.5 m）、两根桁架拉杆（长度分别为1.5 m，直径为22 mm）组成。
（3）施工工艺。① 首先在巷道应力区顶板施工一组锚索钻孔，锚索钻孔施工在相邻两根钢带之间，钻孔布置间距为3.0 m，钻孔与顶板成75°斜角且成对称布置；
② 钻孔施工完后，对钻孔内锚注两根锚索，锚索锚固后外露长度控制在0.25 m 范围内；
③ 锚索安装后，在锚索外露端安装桁架拉杆，然后在桁架拉杆另一端安装双向张拉器，最后利用张拉器对两根锚索进行张拉。
3.2 高应力锚索棚支护
为解决传统钢棚支护时易变形、断裂现象，决定对8203 运输顺槽安装高预应力锚索棚支护[1-5]。
（1）8203 运输顺槽安装的高应力锚索棚主要由顶梁、棚腿、底座、锚索、卡缆等部分组成。顶梁长4.8 m，采用12#工字钢梁制成，钢梁上布置3个锚索支护孔；
棚腿长3.5 m，采用U29 钢梁制成。
（2）8203 运输顺槽掘进至520 m 处时开始架设高应力锚索棚，锚索棚架设间距为2.0 m。首先在顶板施工3 根锚索，并代替原顶板锚索，锚索布置间距为1.8 m，锚索布置排距为2.0 m。
（3）顶板锚索施工完后，在3 根锚索外露端安装工字钢梁并采用锁具进行预紧，然后依次安装棚腿、底座，并采用卡缆进行固定。钢棚架设后必须保证棚腿起到支撑作用。
通过对8203 运输顺槽应力区围岩采取联合控制技术，巷道在后期掘进过程中未发生顶板大面积破碎、冒漏事故，起到了有效的围岩控制效果。现场围岩监测发现，联合支护后顶板下沉量控制在0.17 m 以下，两帮收敛量控制在0.32 m 以下，提高了巷道成型率，保证了应力区巷道安全快速掘进。
猜你喜欢桁架锚索采空区桁架式吸泥机改造设备管理与维修(2022年21期)2022-12-28老采空区建设场地采空塌陷地质灾害及防治河北地质(2022年2期)2022-08-22瞬变电磁法在煤矿采空区探测中的应用资源信息与工程(2021年5期)2022-01-15赵庄煤业13102巷围岩补强支护技术研究与应用煤(2021年10期)2021-10-11试论预应力锚索抗滑桩在滑坡治理中的应用建材发展导向(2021年13期)2021-07-28摆臂式复合桁架机器人的开发制造技术与机床(2019年11期)2019-12-04煤矿深部高地压巷道锚索支护技术对策研究采矿与岩层控制工程学报(2018年5期)2018-11-08不同锚索参数对预应力场影响的数值模拟研究机械管理开发(2018年7期)2018-08-02Loader轴在双机桁架机械手上的应用制造技术与机床(2017年4期)2017-06-22矮寨特大悬索桥钢桁架安装石油化工建设(2015年6期)2015-12-01
