复合层顶板巷道新型锚杆支护技术分析.pdf

第 卷第 期煤炭科技 年月 收稿日期：；：作者简介：裴俊（），男，山西平遥人，工程师，年毕业于太原理工大学采矿工程专业，现从事煤矿工程建设工作。引用格式：裴俊，杨阳 复合层顶板巷道新型锚杆支护技术分析 煤炭科技，（）：，（）：，文章编号：（）复合层顶板巷道新型锚杆支护技术分析裴俊，杨阳（中煤第三建设（集团）有限责任公司二十九工程处，安徽 宿州 ）摘要：复合层顶板巷道由于围岩内层理、节理等不连续面非常发育，围岩呈软破碎状。这是一种支护难度高、巷道修复成本高、顶板层间粘结系数小、同层易造成大面积冒顶事故的高难度巷道，严重影响巷道掘进安全。因此，复杂地质条件下组合顶板锚杆支护已成为锚杆支护技术的重点和难点研究课题。结合某矿 工作面物料巷道复合顶板情况，优化掘进方法和锚杆支护技术参数，有效控制巷道变形，为同类复合顶板支护设计提供参考。关键词：复合层顶板；新型锚杆；支护技术中图分类号：文献标志码：，（，）：，：；：掘进巷道常遇到复合顶板。复合顶板由多层岩层和煤线组成，层与层之间的粘结力较弱，暴露时容易分层，在支护较差的情况下还可能发生大面积塌方事故。为了解决这一施工难题，在目前的技术条件下，组合顶板有许多特殊的支护方法，而锚杆支护以其良好的优势处于所有支护方案的前列。然而，大量实践证明，选择单一、不变的支护设计方案无法满足复合层支护的复杂性和可变性要求。只有根据现场复合层的情况，才可以采用差异尺度锚杆支护设计方案。工程概况 地质概况某矿 工作面走向为南北走向，倾向为东西倾向。整个 工作面布置在一个中部高、南北低的背斜构造下。工作面 号煤层倾角 ，平均倾角 ，材料巷全长设计 。工作面掘进中可能会遇到落差为 ，走向为 、倾向为 、倾角为 的正断层。年第 期裴俊，等：复合层顶板巷道新型锚杆支护技术分析第 卷 巷道断面特征 工作面设计为一次性全高综采工作面，由运输巷、料巷、尾巷、切割巷、硐室等构成完整的生产系统。依据巷道的围岩性质、服务的年限、巷道的用途和采用的支护方式等因素，材料巷及横贯断面采用全锚杆、钢筋托梁及锚索支护，巷道断面设计为矩形。材料巷巷道断面特征见表 。表 巷道断面特征 项目材料巷横贯水仓绞车硐室断面积 掘 净 宽 掘 净 高 掘 净 沿底板掘进 净周长 材料巷复合层顶板现锚杆支护设计方案 支护形式及材料规格（）支护形式。顶板采用锚杆、金属网、钢筋托梁和锚索联合支护的方式 。采用左旋螺纹钢锚杆、金属菱形网、钢筋托梁、锚索进行联合支护顶板 ；采用左旋螺纹钢锚杆、钢筋托梁和金属菱形网联合支护两帮。（）支护参数。锚杆：顶、帮锚杆均使用 的左旋螺纹钢锚杆。锚固剂：顶锚杆 一支（上）、一支（下）。帮 锚 杆 一 支、一 支。锚 索 一支（上）、两支（下）。钢筋托梁：圆钢。顶板锚杆：间排距 ，每排布置根，呈矩形布置。两帮锚杆：间排距 ，每排布置根，呈矩形布置。锚固力：顶锚杆 ，帮锚杆 。锚杆角度：角锚杆与铅垂线夹角 ，第 排帮锚杆与水平线夹角 （仰角），第 排帮锚与水平线夹角 （俯角），其他锚杆垂直巷道顶帮轮廓线。铺网：顶板 的菱形金属网，两帮 的金属网，网与网之搭接宽度不小于 ，联网丝长 的小段（号铅丝），环距不大于 。锚索：锚索 的钢绞线制作，长 ，锚索外露长度不大于 。锚索张拉预紧力不小于 ，锚索锚固力不低于 。锚索间排距 ，呈“三花”布置。锚杆托盘：拱型高强度托盘。锚索托板：厚的钢板制作，规格为 。顶锚杆预紧扭距力不小于 ，帮锚杆预紧扭距力不小于 。材料巷具体断面特征及支护形式如图 所示。图 材料巷支护断面 现有锚杆支护存在的问题通过对诸多由于锚杆质量问题引发的事故进行分析发现，大都存在锚杆支护质量及现场工艺管理上的缺陷，即由于开挖巷道不平整造成的锚杆初锚力较小，进而造成锚杆的锚固力下降 。而这种因素至今没有得到很好地解决和消除。材料巷复合层顶板新型锚杆支护设计方案 设计原则及思路鉴于已有支护技术存在的不足，本设计的目的 年第 期煤炭科技第 卷是提供一种有效控制高应力破碎复合顶板巷道变形破坏的方法。本次设计的复合层顶板差异尺度锚杆联合支护方法，考虑顶板地质层分布形式，依据“强补弱，弱附强”优势互补的设计理念，采用能够加强初锚力的自制锚杆，根据顶板层状分布厚度不同及岩性的差异，以建立的复合顶板三维地质模型为指导，合理布置多尺寸长短锚杆组合支护形式，等强锚杆全长锚固满足复合顶板地层锚固体的扩容变形和扩容应力，在复合顶板中形成一条强度大、结构稳定的承载体，有效控制围岩变形，节省大量成本，同时对部分薄弱区域起到了较好的控制。设计的复合层顶板差异尺度锚杆联合支护方法，最适用于预防和治理应力高、夹层薄的复合顶板，配合使用锚索等其他支护方式，合理选择锚杆的组合方式，可有效控制顶板变形，减少锚杆数量，节约大量支护材料和维修费用，提高单产、单进，确保安全生产。复合层顶板差异尺度锚杆联合支护方法（）先通过弹性波超前探测技术及物理试验获得结构层厚度及物理力学参数，构建三维地质模型，如图 所示。图 复合层顶板结构层 （）采用长度为 、的 种锚杆进行支护，锚杆间排距根据结构层厚度确定，如图 所示。其他按原支护设计进行支护。（）为了验证新型锚杆的合理性，本设计不改变原有巷道的其他支护形式和支护参数，材料巷巷口至 段已采用原支护设计方案进行支护成巷，作为对比分析，计划初步加工 套新型锚杆（种长度锚杆各 套）在 材料巷 段，采用新型锚杆进行 巷道的支护。具体支护设计如图 所示。图 锚杆间距示意 图 新型锚杆支护设计 复合层顶板新型锚杆支护设计方案（）顶板监测。顶板监测采用 （）位 年第 期裴俊，等：复合层顶板巷道新型锚杆支护技术分析第 卷移监测仪，每 布置 个，第 个测点距巷口 ，共 个测点，孔深 ，孔径 。（）巷道两帮及底板监测。设置 个监测断面，每个断面包括底板（底板检测同），两帮及底板各 个测点，断面与断面间距 ，第 个断面设置距巷口 处，底板测点采取保护措施，避免人为损坏，监测仪器采用 （）位移监测仪，孔深 ，孔径 。（）煤柱压力监测。设置 个监测断面，每个断面中位于两帮中部各打 个孔，煤柱一侧设置 个测点，分别位于和 处，煤体另一测设置 个测点，位于处；断面与断面间距 ，第 个断面与中第 个断面相距 ，采用 （）压力传感器监测，孔深 ，孔径 。（）锚杆锚固力抽检。安排专人抽检永久支护锚杆，抽检比例不小于 ，时间间隔不大于 。锚杆锚固力达到 为合格；不合格锚杆标记“补打”标识，要求作业人员重新补打锚杆。（）锚杆预紧力矩抽检。安排专人抽检锚杆螺母力矩，抽检比例不小于 ，时间间隔不大于 。顶锚杆和帮锚杆安装预紧力矩分别达到 和 为合格；不合格锚杆标记“预紧”标识，要求作业人员拧紧螺母达到合格标准 。支护效果分析通过对 材料巷巷道两帮 个监测断面、顶底板 个测点的巷道表面位移进行监测，巷道两帮、顶底板相对移进量都在可控范围内，复合层顶板差异尺度锚杆联合支护较好地控制了围岩由采动引起的变形，在观测期间超前巷道变形量较小，支护效果较好，复合层顶板差异尺度锚杆联合支护可以满足安全生产的需要。未采用该支护方法的巷道变形十分严重，顶底板移近量大、两帮变形量较大、留墙变形严重，巷道返修工程量大，巷道支护难度大，巷道支护成本高，影响煤矿安全生产。结论（）通过在 材料巷采用复合层顶板新型锚杆支护（复合层顶板差异尺度锚杆联合支护），并对试验段和正常段的现场情况进行对比，试验段较非试验段巷道变形量降低约 ，减小了巷道变形的问题，降低了返修率，保证了稳定性。（）巷道复合层顶板支护采用复合层顶板新型锚杆支护设计方案（复合层顶板差异尺度锚杆联合支护方法）中特定的长短锚杆组合的方式能够达到支护要求，同时能够节约成本，缩短支护时间，为快速掘进和施工创造条件 。（）采用复合层顶板新型锚杆支护设计方案（复合层顶板差异尺度锚杆联合支护方法）利用侧重点不同的支护机理，实现了掘进及回采巷道服务全周期一次性主动支护，并具有现实意义。参考文献（）：国家煤矿安全监察局 煤矿安全规程 北京：煤炭工业出版社，中国煤炭工业协会煤矿支护专业委员会 煤巷锚杆支护技术规范：北京：煤炭工业出版社，吕晨 小煤柱掘巷锚网联合支护技术研究 能源技术与管理，（）：，（）：，陈义军 深井复合顶板超大断面切眼锚网（索）托梁联合支护技术研究 能源与环保，（）：，（）：刘波 坚硬顶板下特大断面切巷锚网索柱联合支护技术应用 山东煤炭科技，（）：，（）：陈泉建 复合顶板大断面煤巷锚网索梁支护技术研究与应用 中国煤炭，（）：，（）：，毛冬阳 平煤四矿深井复合顶板回采巷道锚网索联合支护技术研究 江苏：中国矿业大学，周兴邦 锚网支护在综放工作面拉架巷的应用与研究 机械管理开发，（）：，（）：张海军 综放工作面回风巷锚网索联合支护技术优化 江西煤炭科技，（）：，（）：（下转第 页）年第 期岳振，等：黑龙煤业软岩巷道破碎围岩锚注修复技术研究第 卷 杨仁树，李永亮，郭东明，等 深部高应力软岩巷道变形破坏原因及支护技术 采矿与安全工程学报，（）：，（）：孟庆彬，韩立军，张建，等 深部高应力破碎软岩巷道支护技术研究及其应用 中南大学学报（自然科学版），（）：，（），（）：王祖和，李海霞，修瑛昌，等 深部岩巷极破碎围岩成套耦合支护技术 土木工程学报，（）：，（）：杨凯，勾攀峰 湾图沟煤矿高强度采动巷道稳定性评价研究 能源与环保，（）：，（）：杨凯，勾攀峰 高强度开采双巷布置巷道围岩差异化控制研究 采矿与安全工程学报，（）：，（）：王猛，郑冬杰，李杰，等 动压作用大巷破碎围岩分区域差异性修复技术研究 煤炭科学技术，（）：，（）：钱鸣高，石平五 矿山压力与岩层控制 徐州：中国矿业大学出版社，李宏彬 复杂松软岩层大断面马头门巷道破坏机理及组合支护技术研究 能源与环保，（）：，（）：姚尚元，吴传军 锚注支护在巷道修复中的应用 煤炭技术，（）：，（）：周炜光，史节涛，蔺增元 富水条件三软煤层沿空巷道支护设计优化 煤炭工程，（）：，（）：张云宁，岳博，刘竞 顶煤影响下围岩应力演化数值模拟分析研究 山东煤炭科技，（）：，（）：郭现伟，张云宁，白冰，等 济宁三号煤矿坚硬顶板条件快速掘进支护参数优化 煤炭科技，（）：，（）：，李文彪 黑龙煤业 工作面沿空掘巷技术与应用 煤炭科技，（）：，（）：檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶 （上接第 页）曹华 浅谈煤矿井下巷道掘进顶板支护技术 中国石油和化工标准与质量，（）：，（）：任书毅 锚杆锚索联合支护技术在大断面巷道中的应用探析 石化技术，（）：，（）：杨勇 锚杆锚索联合支护技术在改善厚煤层顶板强度中的应用研究 矿业装备，（）：，（）：李宸 煤矿掘进巷道锚杆支护方式的应用与分析 当代化工研究，（）：，（）：蒋传田 煤炭采矿工程巷道掘进和支护技术的应用分析 中小企业管理与科技，（）：，（）：赵寿 煤矿采矿工程巷道掘进和支护技术的应用分析 山东工业术，（）：，（）：