煤巷锚杆支护降低变形的关键技术

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1、煤巷锚杆支护降低围岩变形的关键技术摘要：为了解决煤巷锚杆支护围岩变形量大的问题，以工作面回采巷道支护为研究对象，从支护参数设计和施工工艺两方面分析其原因，提出解决办法，并成功实践取得了较好的效果。关键词：煤巷锚杆支护及时支护高预紧力1.概述44302综放工作面回采4#煤层，煤层结构复杂，由1一4个煤分层组成，夹矸为灰色一黑色泥岩，局部含高岭逬，炭质泥岩夹层，煤层合计厚度6.9m,煤质中硬f=2~3。直接顶为灰白色，厚层状分选中等一差，次棱角状，节理裂隙发育，成分以石英岩为主的屮粗砂岩，平均厚度11.89m，硬度f

2、=4~6。回采巷道为5.2mX3.6m的矩形断面，沿底板掘进。巷道支护采用“锚、网、索、梁”联合支护，顶锚杆采用22X2400mm的左旋无纵筋螺纹刚锚杆，间排距900X900mm,每排6根顶锚杆，设计预紧力为50RN；帮锚杆采用18X1700mm的圆钢锚杆，间排距为1200X900mm,每帮6根帮锚杆设计预紧力30kN；锚索采用017.8X7300mm的7芯钢绞线，间排距为2000X2700mm,每排两根锚索，设计预紧力为80kN。巷道顶部安设钢带，规格为0）12X4600mm,排距为900mm,巷道顶部铺设＜D

3、4@80mm金属菱形网，规格为3000X1100mm,巷道每帮布置两片金属菱形网，规格为3000X1400mm（如图1、图2）。从以上的支护参数可知是满足要求的，但是，由于巷道围岩条件复杂，施工工艺及施工人员对支护方式的认识不足等原因，致使巷道支护效果不理想，巷道围岩变形大，巷道成形差。为了保证巷道稳定性，巷道围岩变形量大的地段不得不采取补强支护，从而影响了安全生产，增加了成本。9005200图1巷道锚杆布置正视图图2巷道锚杆布置俯视图2.原因分析影响巷道变形量大的原因分析如下：(1)围岩条件。综放工作面冋采巷道

4、顶帮均是煤层，受煤层硬度和节理裂隙发育影响较大，这是巷道围岩变形量大的客观因素。(2)支承压力。由于相煤直接顶为厚度大，强度高的厚层状中粗砂岩，支承压力分布范围大，峰值低，矿山压力对巷道围岩变形影响不大。(3)支护强度。煤巷的特点就是受采动影响大，围岩破碎，变形量大。设计锚杆支护参数吋充分考虑到采动影响，按采动影响的支护难度进行支护设计，应该说支护的强度是满足要求的。(4)施工工艺。巷道施工采用EBZ-200型掘进机进行截割，循环进尺3.3m,用吋lOOmin,也就是说距迎头空顶面积大于15.6m2(5.2X3.

5、Om如图2)，才开始打锚杆眼进行支护。从临时支护到永久支护用时大于lOOmin,这期间顶板得到了充分的释放变形，巷道中间有的甚至发生了掉块，再加上锚杆预紧力达不到设计要求，造成初撑支护强度低，围岩变形量大，承载圈厚度小且不均匀，应力局部集屮，承载能力差，更加剧丫巷道围岩的变形。2.应对对策“扩容一稳定理论”阐述锚杆的作用，其主要观点有：(1)锚杆要控制围岩的扩容变形，阻止深部破碎告层的进一步扩容和离层。(2)在破碎区内形成“次生关键承载层”，使围岩深部关键承载圈内的应力分布趋于均匀和内移，提高关键承载圈的承载能力

6、。(3)锚杆对煤帮的控制效果尤为明显，由于煤层强度低，且受采动影响程度较为严重，所以回采巷道两帮支护显得尤为重要。安装锚杆后，对煤帮得扩容、松动和挤出均有控制作用，加钢带效果更好。(4)“扩容一稳定理论”的核心思想就是控制围岩的扩容变形，形成次生关键承载层，提高关键承载圈的支承能力使围岩趋于稳定。次生关键承载层厚度的影响因素很多，当厚度较薄远小于巷道尺T吋，在水平应力作用下，次生关键层很容易发生“压曲失稳，弯曲失稳”破坏，造成巷道支护失败。因此，次生关键层的厚度至关重耍。在锚杆长度一定的条件下，锚杆预紧力越大，

7、次生关键层厚度越大。减小了岩层弯曲失稳的可能性，支护效果好。如何提高锚杆的预紧力。工程实践表明，人为提高锚杆预紧力的可能性不大，即便是施工人员有意识将锚杆的螺母拧紧提高预紧力或改用机械操作来提高预紧力，也不可能将充分变形释放过的围岩拉回去。所以，唯一行之有效的办法就是及吋支护，在现有技术水平下，减小围岩暴露面积和吋间，在围岩发生有害变形之前实现永久支护。放顶煤回采巷道，顶板和两帮都是煤层，强度低，围若塑性区首先在顶板中点和帮角处出现，随着顶板中点和帮角塑性区的发展，顶板和两帮塑性区也逐渐发展，如不及时支护，就会由

8、于顶板屮点和角部的掉块而使围岩失去支承能力，发生掉顶和片帮，巷道成形差，应力分布不均匀，给后期巷道维护造成闲难，加剧了后期巷道的变形。减小空顶距，及时加固顶中和帮角，及时支护，使巷道有害变形向有利变形发展，既提高了锚杆的预紧力和煤层的自承能力，从而全面控制巷道围岩的变形。4.工程实践在现有技术水平下，减小巷道围岩暴露面积和时间的最有效方法就是降低循环进尺，由原来的3.3m