总第１０９期 新型让压锚杆在大埋深沿空掘巷中的技术应用分析 陈平生，刘宝敏 （平顶山天安煤业股份公司十矿，河南平顶山４６７０４７） 摘要：随着矿井开采深度的不断增加，矿山压力越来越明显，巷道支护问题越来越突出，特别是在深部沿 空掘巷施工的煤巷，已成为煤矿巷道支护面临的突出难题。天安十矿针对此类巷道应用高强预应力让压 锚杆、锚索联合支护，较好地解决了巷道支护难的问题，结合现场应用，文章详细介绍了让压锚杆的支护原 理、支护参数选择、施工工艺及技术要求。 关键词：沿空掘巷；让压；锚杆支护 中图分类号：ＴＤ３５３ ．６ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１００５—２７９８（２００８）１１—００２７—０２ 随着对锚杆支护原理认识的不断深化和支护技 术的发展，锚杆支护作为煤矿井巷的一项主要生产 技术、已发展为采准巷道的重要支护形式之一，目前 平煤天安十矿所采用的让压锚杆是在原有锚杆的基 进，留窄小煤柱沿空掘巷。留窄小煤柱沿空掘巷，目 前在平煤天安十矿经常应用，根据十矿矿压实测数 据，结合相关矿压理论分析，得出该矿工作面残余支 撑压力按倾斜方向分布的３个不同地带，见图２。 础上研制的一种新型支护材料。 １戊。 。—２０２１０偏外风巷地质条件 该工作面位于十矿二水平北翼中区，是戊组轨 道下山东翼的第６个加长工作面，南邻已经开采的 戊。 。＿２０１９０工作面，北部沿未开采的 戊。 。－－２０２３０５Ｅ作面，工作面走向长度１ １００ ｍ，倾 斜长度２４５ ｍ，埋深９００ ｍ，在戊 与戊 。合层中掘 进，平均煤厚４．２ ｍ，其中戊。煤平均厚度１．３ ｍ，与 戊ｍ夹矸在０．２—０．５ ｍ之间，戊 。煤厚平均约为 ２．８ ｍ，煤层倾角７。左右，直接顶为泥岩层，层理发 １一应力降低区，ｏ～６ ｍ；２一应力集中区，６～３０ ｍ； ３一原岩应力区；４一应力峰值区，６～１６ ｍ 图２支撑压力分布 工作面两侧支承压力从开始形成到向煤体深部 转移和逐渐均化，有一个时间过程，十矿一般为４～５ 个月，戊。 。＿２０２１０回采结束已经２ ａ多，已经避开 了未稳定的支承压力作用期，满足了沿空掘巷的滞 后时间。结合十矿情况，戊 。＿２０２１０偏外风巷沿空 掘巷过程中煤柱控制在３～５ ｍ，可使整个巷道处于 卸载带内，并能较好地避开侧压的影响。 育，易剥落，直接底为泥岩，夹少量砂质泥岩，巷道布 置，见图１。 ３支护参数选择 ３．１支护方式选择 原设计采用普通高强树脂锚杆支护，间排距 ６００ ｍｍ×６００ ｍｍ，巷道净高３ ｍ，净宽４ ｍ，在施工 过程中，顶板下沉量大，且前边施工后边需不断维 图１戊９１ｏ—２０２１Ｏ巷遭布置不恿 修，直接制约施工进度，为了优化支护方案，确定采 ２沿空掘巷的方式选择 沿空掘巷是随着上区段工作面的开采，将区段 运输巷废弃，在下区段采煤前，沿采空区边缘的煤体 内，重新掘工作面的回风巷。沿空掘巷有三种巷道 布置形式：完全沿空掘巷，局部保留区段巷道沿空掘 收稿日期：２００８－０７－０４ 用让压锚杆、鸟窝锚索组合支护技术方案，表面控制 采用Ｗ钢带和钢筋网，见图３。 锚杆形式：高强高预应力可变形让压锚杆；锚杆 钢材：高强螺纹钢；锚杆几何参数：顶锚杆Ｄ２０ ｍｍ ×２ ５００ ｍｍ，帮锚杆Ｄ２０ ｍｍ×２ ０００ ｍｍ；锚杆预应 力：顶锚杆不小于５８．５ ｋＮ，帮锚杆不小于２９．４ ｋＮ； 作者简介：陈平生（１９６２一），男，河南襄城人，工程师，从事煤矿生产管理工作。 ２７ ２００８年１１月 陈平生等：新型让压锚杆在大埋深沿空掘巷中的技术应用分析 第１７卷第ｌ１期 表面支护：２．７５ ｍｍ ｘ ２７５ ｍｍ钢带配合金属网；所 有锚杆都备有让压管；顶板锚索Ｄ１７．８ ｍｍ ｘ ８ ０００ ｍｍ五花布置，排距１ ０００ ｍｍ。 图３巷道支护布置 ３．２让压锚杆支护的原理 锚杆让压性能：保持杆体本身不变，借助让压管 进行让压。让压管参数：①让压点。让压管设计的 起始载荷，让压点的大小应保证锚杆在巷道掘进过 程中的总载荷小于锚杆的实际屈服极限。以保证锚 杆在掘进过程中不发生屈服破坏。同时，为动压变 形留有充分的余地。根据锚杆实验室的实际拉拔实 验，所选锚杆的实际屈服载荷为１６９．２ ｋＮ左右。所 以让压点的起始载荷为１５６．８～１６６．６ ｋＮ。②最大 让压距离。让压管从稳定让压开始到载荷开始增加 的距离，根据经验最大弹性让压距离不应小于 １５ ｍｍ。③让压载荷的稳定性。一旦让压管开始让 压，载荷需基本保持稳定，过大的载荷下降会导致顶 板支护效果不佳，让压稳定性的标准可以用让压稳 定系数衡量： １Ｖ＝（Ｒ 一Ｒ０）／Ｄ 式中： 为让压稳定性系数，ｋＮ／ｍｍ， 应以不 大于０．２为宜；Ｒ 为让压终端载荷，ｋＮ；Ｒ。为让压 点起始载荷，ｋＮ； 为最大让压变形，ｍｍ。 ３．３辅助支护 目前国内所使用的锚索都是简单的一条钢角 线。其缺点有：①锚索直径只有１５．２４ ｍｍ和 １７．８ ｍｍ两种规格，而钻孔直径是２８ ｍｍ。锚索树 脂和孔壁之问很难达到理想的配合，影响锚索的拉 拔力。②锚索表面光滑，影响锚固力。相同锚固长 度的情况下，光面锚索的锚固力小于罗文钢。③锚 索长度大，安装时很可能靠到孔壁一侧，造成锚索一 侧有树脂，另一侧无树脂的现象，这样会大大的影响 锚索的拉拔强度。要想保证拉拔强度，必须加大树 脂用量，从而增加成本。 让压锚索的结构，见图４。 ２８ 图４让压锚索结构 让压锚索主要对锚杆组合拱起悬吊作用，根据 悬吊理论用长锚索将复合顶板固定在稳定老顶上。 为了使锚索与围岩、药卷有机的结合为一体，提高支 护可靠性、稳定性，长锚索的锚固段加工三个鸟窝， 使树脂药卷与锚索、围岩紧密耦合，提高锚索承载能 力，控制锚杆组合拱的变形，达到支护的目的；索头 保护套用于防止锚索索头在运输及安装过程中散 股，会给锚索安装带来很大不便；加强管是为安装方 便，在锚索接触树脂后，锚索更容易送人孔中；目前 国内常用锚索是在井下安装索具。让压锚索索具是 预先安装在钢绞线的，这大大减少了井下工人的操 作时间。 ４锚杆锚索安装 ４．１锚杆安装 ①打孔：用锚杆机打２ ５００ ｍｍ（顶）的钻孔。② 把树脂药卷和锚杆推人规定的孔位：利用锚杆和锚 杆搅拌器通过锚杆机的上推力把树脂推人孔中直到 锚杆离顶板２００ ｍｍ左右。注意在上推树脂时严禁 旋转，严禁把托盘死死压在顶板上。③完成第２步 后，迅速旋转锚杆搅拌ｌ５～４０ ｓ，旋转搅拌时不要施 加上推力，然后顺势上推锚杆使托盘贴近顶板（托 盘离顶板的间隙５ ｍｍ左右）。④完成搅拌后停止 ３０～４０ ｓ左右让树脂充分凝固。⑤上紧螺母，旋转 搅拌器上紧螺母，在紧螺母时应给最大扭矩而不要 施加上推力以最大限度的上紧螺母。⑥用扭矩放大 器，进一步上紧螺母，达到规定的安装应力。 锚杆安装可以总结为：一推（推树脂人孔到规 定位置），二转（旋转搅拌树脂），三停（树脂完成初 凝），四紧（紧固螺母）。在安装过程中要严格按安 装步骤。否则会出现“长尾锚杆”或打不开阻尼现 象。这会大大影响锚杆支护效果甚至失效。 合格的锚杆安装应该满足的标准：①充填阻尼 必须全部脱落，否则锚杆无法达到安装载荷；②塑料 垫圈必须溶化掉；③锚杆外露长度尽可能不超过 ３０ ｍｍ；④用扭矩扳手检验，扭矩不能低于２５０ Ｎ・ｍ （经验值，具体标准试验结束后待定）。 ４．２锚索安装 ①钻孔深度大于锚索有效长度（从托盘到锚索 前端的距离）３～５ ｅｍ。②钻孔打好后，轻轻将选定 的锚固剂推人钻孔，要确保不使锚固剂外壳破裂。 ③用安装好垫圈和托盘的锚索 （下转第３３页） ２００８年１１月 阴蒙强：１３７０运输大巷运输改造方案优化设计 第１７卷第１１期 ２） 工时使用及维修维护费用比较。工时使用 池机车节约人工费用及维护费用节约１ １０６．４—４６１ 及维修维护费用按１３７０大巷服务年限为５ ａ计算。 ＝６４５．４万元，所以，选择胶带输送机运输较为经济 使用蓄电池机车：需要增加充电工ｌ２人（每班３ 合理。 人），维修人员８人（现有２人），即需要增加人员２０ ３） 设备安全运行及使用比较。使用胶带输送 人，每年投入职工工资６０万元（每个职工每月２ ５００ 机其故障率比蓄电池机车运输的故障率低，对正常 元），５ ａ投入３００万元，电池每一年半更换２８组，５ ａ 生产的影响较少，同时蓄电池机车运输时对大巷行人 消耗８０６．４万元，共消耗资金１ １０６．４万元。 及处理掉道车等安全隐患对安全不利，所以，选择胶 使用胶带机运输：机车司机可以培训转岗为胶带 带输送机运输较为合理。 机司机，轨道维修工除少部分维修轨道外，其余人员 ２结培训转岗为胶带机维修，不用再增加人员，不用的轨 道拆除给采区进行运输系统改造，可节约７３余万元 语 由以上对比分析，选择胶带输送机运输进行运输 （８ ０００ ｍ钢轨，２４ ｋｇ／ｉｎ，３ ８００ ｔ），按胶带每１ ａ 的方案比采用蓄电池机车的运输方案，投入资金少， 半全部更换１次，５ ａ消耗５３４万元，计５３４—７３＝４６１ 生产运输能力大，在开拓延深系统形成后，现有设备 万元。当取消１３７０运输系统时，所使用的胶带机及 再利用率高，安全生产系数大，经济性比较好。 胶带可以拆除到其他地点进行使用。 通过以上比较，５ ａ使用胶带输送机比使用蓄电 ◆ ◆一●［责任编辑：魏晋英］ ◆ ◆一◆０●－◆＿．－◆－◆・ （上接第２８页）将锚固剂缓缓推入钻孔，直至推不动 减轻了职工的劳动强度，取得了良好的经济效果。 为止。④将预先安装在钻机上锚索搅拌器跟锚索的 采用此种联合支护方式，每米巷道的支护费用为 尾部连接，快速搅拌锚固剂，搅拌锚固剂的同时钻机 ９９９元，与架矿工钢棚子巷道每米支护费用１ ９２７元 推力要最大。锚固剂搅拌时间为４Ｏ一６０ Ｓ，搅拌锚 相比，每米巷道可节约９２８元，７００ ｍ巷道可节约 固剂停止时要确保锚索托盘靠近岩面。⑤锚固剂搅 ６４．９６万元。同时减少了架棚维修时间，加快了巷 拌完毕后１０～１５ ｍｉｎ后，用锚索涨拉器拉紧锚索， 道掘进速度。 锚索预应力要达到９８～１ １７．６ ｋＮ。 ６结语 ５工程应用效果 １） 新型让压锚杆、让压锚索组合支护，在 １）在戊。 。一２０２１０偏外巷施工中采用ＤＷ一４ 戊。 。—２０２ｌ０偏外风巷应用的成功，为大埋深 型顶板围岩离层指示仪，用以监测和准确地掌握锚 （９００ ｍ）沿空掘巷支护技术研究提供了成功的先 具有一定借鉴意义。 杆支护巷道的顶板离层情况，以便及早作出预报。 例，２） 新型让压锚杆、让压窝锚索组合支护，打破 观测结果表明掘进期间成巷后的前１２ ｄ水平变形 取得比加 量较大，最大为２３ ｌＴｌｍ，１２ ｄ后，变形速度趋于稳定， 以往顶板差、锚杆间排距加密布置的惯例，改变了一种“锚杆越密支护 为４～１７ ｍｍ，总水平变形量为９２ ｍｍ，巷道垂直变 密锚杆更为明显的效果，具有很强的变革意义。 形量通过顶板离层观测自巷道成形后顶板下沉量 越可靠”的观念，１２ ｄ后为１１ ｍｍ，２０ ｄ后为１６ ｍｍ，稳定后顶板总下 沉量为３３ ｍｍ，均属于正常变形量。 参考文献： 华安增，矿山岩石力学基础［Ｍ］．北京：煤炭工业出版 ２）采用让压锚杆、让压锚索、钢带、网联合支 ［１］社，１９８０． 护，既加固了围岩，又给锚杆提供了可靠的着力基 ［２］ 马念杰，等．采准巷道矿压理论及应用［Ｍ］．北京：煤炭 础，提高了岩层的自承和承载能力，有效地控制了巷 工业出版社，１９９５． 道围岩的早期离层和动压的剧烈影响，可满足围岩 ［３］刘长友，曹胜根，万新秋．采场支架围岩关系及其监测 变形激烈、松动范围大、受动压影响巷道的支护要 控制［Ｍ］．徐州：中国矿业大学出版社，２００３． 求，是刚柔并济的主动支护形式。 ３）戊。 。一２０２１０偏外巷采用让压锚杆支护， 辅以让压锚索支护，取代架棚子混合支护，使巷道顶 板得到了有效的控制，减少了二次支护的成本投入， ［４］陆士良，汤雷，杨新安．锚杆锚固力与锚固技术［Ｍ］． 北京：煤炭工业出版社，１９９８． ［责任编辑：魏晋英］ ３３
