高强预应力锚杆支护技术在深井巷道中的应用

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1、高强预应力锚杆支护技术在深井巷道中的应用高长富石建华鸡西矿业集团公司东海煤矿0、前言支护技术是煤矿生产的基础工程，寻求一种技术先进、安全可靠、适合本矿井生产地质条件的巷道支护方式，是提高矿井安全可靠度，提高经济效益，实现可持续发展的基础保证。东海煤矿是一个有近50年开采史的老矿井，设计能力90万吨，2003年达120万吨，现有2个生产采区，五采区、六采区，生产水平在-450米以下，采深均达700米以上，最深达947米，为典型的深井开采矿井。煤层围岩复杂、稳定性差、深部断层构造多、矿压显现特点为原岩应力大、变形量大、变形速度快、波及范围广、呈工程软

2、岩特性，巷道支护闹难，传统的单一锚杆支护和刚性棚式等支护方式不能保证巷道的稳定性，支护改革成为关系矿井安全生产和发展亟待解决的课题。2002年末，我们引进了高强预应力锚杆支护成套技术，通过2年的应用实践，収得显著成效。1、高强度预应力锚杆支护成套技术高强度预应力锚杆支护技术是以左旋无纵筋预应力螺纹钢锚杆为主体，钢带（W、M或梯型）、金属网（菱形），小孔径高强度预应力锚索，采用一种或多种组合形成的组合支护方式，它采川专川高效锚杆钻机及快速安装螺母实现钻锚一体化。能实现及时主动支护，具有高强度、高预紧力、高可靠性。是一种先进、安全、高效的支护手段。1

3、.1支护的理论依据及机理（1）支护的理论依据及设计方法锚杆支护理论很多，主要有悬吊理论，“刚性”组合梁理论；加固拱理论；围岩松动阁理论；主要承载圈及次生承载圈理论；扩容一稳定理论等。但在实际锚杆支护设计中，多以某种理论为基础，然后通过工程类比和实际施工与监测后进行修改、补充，找到一种适合某一煤层或巷道的支护方式。做到经济、安企、快速、高效。设计理论计算方法一般煤巷采用悬吊或“刚性”组合梁理论，岩巷多采用加固拱及围岩松动圈理论。（2）支护作用机理a锚杆支护是以维护和利用围岩A承承载能力为基点，主动快速对围岩进行支护，控制围岩的松驰变形，使围岩成为支

4、护体的组成部分，通过锚入围岩内部的杆体与围岩相互作用，通过其高预紧力，改变巷道围岩的力学状态，在莊道周围形成一个整体而又稳定的承载层（环），使荷载变为承载体，形成围岩，锚杆整体承载结构，达到维护巷道0的。b钢带将各根单独作用的锚杆连在一起，使锚杆单独作用时产生的集中载荷变为均布载荷，使锚杆同步承载，有利于提高围岩自承能力。c钢带和金属网使用，增大了锚杆和托板与围岩层的接触面积，对锚杆间围岩体施以约束，有效控制锚杆间区域围沿的破坏脱落，减缓阻止巷道围岩进一步扩容离层，提高了®道围岩穂定性，同时钢带对形成的组合梁（拱〉乂增加了一个髙强度梁（拱），对其

5、上覆岩层起到有力加固作用，保证围岩整体稳定，避免锚杆失效，以形成有效的组合支护体系。d锚索以它的大锚深高预紧力，除具有锚杆支护作用外，还具有对顶板（围岩）进行深部锚固而产生的强力悬吊作用，并沿巷道纵轴线形成连续强支撑点，以大预应力减缓围岩扩容变形。锚索把己组合的围力和潜在冒落变形范围内的界层同深部稳定岩层区域联结起来，使相邻的锚杆、锚索作用相互脊加组合生成一个岩梁（拱），这个岩梁（拱）厚度成倍增加，使压力扩散到岩体深部，有利围岩完整，使破坏变形得到有效控制。由上述可知，此锚杆支护技术是一种主动支护体，由于锚杆具有一定的延伸性，允许围岩适度变形，具

6、有让压增阻、增阻快，K11力高的特性，是一种高强度柔性支护方式，能适应深井、高地压，围岩变形力学特性，能最大限度与围岩共同作用，控制围沿破坏，保证巷道稳定，它能够依据巷道围岩特性、条件、巷道用途、使用要求，采取单一或多种方式组合的支护方式对巷道进行支护，满足安全生产需要。2、试验应用情况东海煤矿现开采煤层为五采区23#层、32#层、35#，六采区32#、34上层、34#层。均属深井高地压煤层，围岩强度低，稳定性差，特别是六采区32#层为特厚S合顶板，支护特别困难，我们在初期引进高强预应力锚杆支护技术时，首先在此煤层屮进行了试验。2.1试验巷道地质

7、状况及工程概况六采区32#层煤层厚度1.7-2.1米，泥页岩，炭质粉沙岩、薄煤、泥岩互层、厚度2.5-5.0米，F=2-3,层理、节理发育，松软易碎，强度低，典型复合顶板，煤层柱状见图1，32层煤层柱状原采用普通锚杆支护，维护不住顶板，巷道冒顶时有发生，后改用钢梁棚女护，棚子损坏严重，巷道变形fi大达50%以上，且经常发生冒顶事故，复修率高。严重制约安全生产，在施工左三路平®时，采用了新型锚带网组合支护方式。左三平巷，标高-530米，埋深760米，巷道沿煤层顶板掘进，断而形状为直角梯形，规格净宽3.2米，中高2.4米。2.2支护方案及参数选择依据

8、“刚性”组合梁理论和巷道围岩特性，选择以高强度预应力锚杆加W型钢带，菱形金属网联合支护方式。锚杆：20MnSi米左旋无纵筋螺纹钢，4)1