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巷道掘进顶板支护技术探析

张兴红

摘要：作者分析了某煤矿矿井地质概况，通过对巷道顶板的支护实践，全面推行锚杆支护及其创新，并提出了锚杆巷道支护容易冒顶的原因及建议，从而实现在围岩松软情况下的巷道有效支护,杜绝了巷道掘进顶板事故的发生。

关键词：巷道掘进；顶板支护；矿井；实践；创新

1矿井地质概况

某煤矿井田内地质构造特别复杂,在井田面积14km2的区域内就有13条大于20m的断层;既有正断层,又有逆断层,还发现了大量阶梯断层和顶板陷落构造。该矿现开采3上、3下煤层,其顶底板岩性以中、细砂岩为主,粉砂岩次之且含水,靠近煤层的顶底板局部有0.1～0.4m厚的泥岩,遇水即膨胀。

2巷道掘进支护及其实践

2.1巷道顶板支护实践

该煤矿井下开拓和准备巷道均采用了光爆锚喷网支护,其锚杆采用长度1800mm的Φ18mm螺纹钢锚杆,树脂锚固剂端头锚固长度为700mm,支护效果良好,满足了设计和矿井的需要。在回采巷道施工的初期,由于刚揭露煤层,出现顶板淋水、底板出水,便采取了11#矿工钢梯形棚支护,由于该支护为被动支护方式,造成支架随掘进随变形,巷道失修量极大。为此,在围岩松软的情况下进行了锚杆支护探索。

2.2锚杆支护

锚杆支护是对巷道围岩予以人工加固,它具有施工速度快、施工机械化程度高、成本低及节约材料等优点。

(1)悬吊作用:是指用锚杆将软弱的直接顶板吊挂于其上的坚固老顶上(如图1);或者是用锚杆将因巷道开掘而引起松动的岩块连结在松动区外的完整坚固岩体上,使松动岩块不致冒落。

(2)组合梁作用:是指将层状岩体各层间用锚杆连结并紧固(如图2),锚杆把数层薄的岩层组合成类似铆钉加固的组合梁,提高了岩层的整体抗弯能力。



图1锚杆的悬吊原理 图 2锚杆的组合原理

(3)挤压加固拱作用:将锚杆沿拱形巷道周边按一定距离径向排列,在预紧力作用下,每根锚杆周围形成的锥形体压缩区彼此重叠联接,便在围岩中形成一个厚度为b的均匀连续压缩带(如图3),它不仅能保持自身的稳定,而且能承受地压,阻止上部围岩的松动和变形。对锚杆施加预紧力,一方面在锥形体压缩区内产生压应力,增加节理裂隙面或岩块间的摩阻力,防止岩块的转动和滑移,增大了岩体的粘结力,提高了破碎岩体的强度;另一方面,锚杆通过锚头和垫板对围岩产生的压应力,改善了围岩的应力状态,使压缩带内的岩石处于三向受力状态,从而使岩体强度得到提高。

以上几种锚杆支护作用并非是孤立存在的,实际上是相互补充的综合作用,只不过在不同的地质条件下某种支护作用占主导作用而已。



图3锚杆的挤压加固拱原理

2.3全面推行锚杆支护及其创新

(1)由于煤层巷道易自动溜帮,造成巷道跨度加大,使巷道变形失修或冒顶;因而采取巷道顶帮均进行锚网的联合支护,从而解决了锚杆巷道变形的可能。

(2)对煤层的较软直接顶厚度大于1.0m时和当巷道宽度大于3m时的特殊加宽地段和交岔点采取了补加锚索和钢筋梯的联合加强支护,从而避免了巷道顶板大量移进的情况发生。

(3)对直接顶厚度小于1.0m的大跨度的硐室和车场等,要加长锚杆的锚网梯支护,两帮采用长1.5m的Φ14mm圆钢蛇形锚杆支护,均能达到有效的目的。

该煤矿通过一系列的巷道支护改革,实现了岩巷锚喷化、煤巷锚杆化;使矿井巷道支护达到了锚、网、喷相结合和锚、网、梯、索相结合的灵活多变的支护方式,实现了在围岩松软情况下的巷道有效支护。

2.4采取的措施要点

锚杆支护的效果如何,直接与锚杆的材质、锚杆的安装角度、深度、排间距和螺帽的拧紧程度、外露长度以及锚固力有关;因此,锚杆的材质必须检验合格后方可使用,这样才能达到锚杆支护目的和良好效果。

特别是给锚杆施加的预应力非常重要,在用螺帽拧紧锚杆时,要采用力矩扳手,对其施加的预紧力应达到锚固力的40～80%。

对容易风化岩层内掘进巷道时,应及时喷射混凝土封闭岩面,以防止风化。喷射混凝土也是一种有效的支护,它具有对围岩起到加固与防止风化、改善围岩应力状态、柔性支护结构、组合拱等重要作用;因此,初喷是一种有效支护方法。

2.5锚杆巷道支护容易冒顶的原因及建议

(1)漏冒:就是巷道锚杆支护后,因帮、顶破碎,而从顶、帮漏煤(矸),破坏了锚杆支护巷道围岩的力平衡,造成锚杆不起作用。措施:顶、帮网内不得存在较大空间,若出现空间要及时用物料填实。

(2)锚杆长度不够,不符合设计规范。

(3)锚杆端头锚固不到位或不合格。

(4)巷道围岩松软且存在淋水。

(5)煤巷伪顶及直接顶厚度大于2m,且岩性松软而没有采取加强支护。

(6)加宽车场、三四岔门、断层处及其附近,没采取特殊措施。

(7)建议:锚杆巷道要定期进行锚杆的锚固力抗拔力实验和顶板离层检测;特殊地段要采取加强支护措施(如:增加锚网梯或锚索梯)。锚杆的紧固必须用风动机或力矩扳手,要保证锚杆有足够的预应力。

3结语

加强巷道掘进顶板技术管理,特别是支护设计和革新,是防止煤矿顶板伤亡事故重要一环;在煤矿掘进过程中应用好顶板控制技术、落实到现场,是有效预防煤矿顶板事故的重要途径和根本措施,是煤矿当前和今后一个时期的重点工作。