松軟煤層錨桿支護(hù)技術(shù)研究與應(yīng)用

.概況
　　隨著煤炭技術(shù)的發(fā)展，錨桿支護(hù)已成為當(dāng)今世界煤炭開采技術(shù)的發(fā)展趨勢。1996-1997年引進(jìn)澳大利亞錨桿支護(hù)技術(shù)，在扎賚諾爾礦務(wù)局進(jìn)行了現(xiàn)場演示，基本上解決了一般條件下巷道支護(hù)問題，但復(fù)合頂板、松軟破碎煤層巷道錨桿支護(hù)技術(shù)在國內(nèi)外的研究成果和應(yīng)用實(shí)例還很少，尚處于研究階段。扎賚諾爾煤業(yè)有限責(zé)任公司鐵北煤礦2001-2002年與湖北新南方技術(shù)股份有限公司開采所共同研究綜采放頂煤開采條件下高壓力松軟破碎煤層巷道錨桿支護(hù)技術(shù)取得了顯著成效，創(chuàng)造了很好的經(jīng)濟(jì)效益，并在扎賚諾爾煤業(yè)有限責(zé)任公司所有礦井中推廣應(yīng)用。
　　鐵北煤礦是一座年產(chǎn)300萬t全國特級高產(chǎn)高效礦井，2010年生產(chǎn)原煤220萬t。鐵北煤礦開采平均厚度51.51m、傾角45°的急傾斜特厚易燃煤層，普氏系數(shù)f=1-3，埋藏深度465~514m，頂板巖性為炭質(zhì)泥巖和粉砂巖，賦存不穩(wěn)定，直接頂為砂巖或粉砂巖，老頂為粉砂巖及細(xì)砂巖；底板為泥質(zhì)膠結(jié)中的中、粗砂巖，常具有似鮞狀結(jié)構(gòu)。采用水平分段綜采放頂煤開采，開切眼和工作面巷道易底鼓、易片幫、易冒頂，支護(hù)難度大。
　　 1.巷道、開切眼支護(hù)及變形原因分析
　　1.1支護(hù)形式及支護(hù)狀況
　　礦井采用水平分段綜采放頂煤開采，分段高度13m，工作面巷道均為梯形斷面的全煤巷道，運(yùn)輸巷上寬2.8m，下寬3.8m，高2.5m，凈斷面積8.25m2，回風(fēng)巷上寬2.4m，下寬3.4m，高2.5m，凈斷面積7.25m2，開切眼上寬2.4m，下寬3.4m，高2.5m，凈斷面積7.25m2，長度245-249m，煤層上部為采空區(qū)。采用木棚和11#工字鋼梯形支架配合圓鋼普通錨桿支護(hù)，易片幫冒頂，維護(hù)量大，維護(hù)費(fèi)用高，巷道發(fā)火頻繁，頂?shù)装遄畲笠平?200mm，兩幫最大移近量980mm；開切眼斷面積小，綜采設(shè)備安裝困難。回采期間工作面兩出口片幫嚴(yán)重，巷道起底高度達(dá)1.5m以上，嚴(yán)重影響礦井生產(chǎn)安全。
　　1.2巷道變形原因分析
　　⑴礦井開采深度大，礦山壓力大。
　　⑵木棚和“工”字鋼支架配合普通圓鋼錨桿支護(hù)強(qiáng)度小，支架與錨桿不同時受力，錨桿初錨力大，木架初撐力小，錨桿受力損壞，木棚受力增大，各個擊破，不能有效的支護(hù)巷道。
　　⑶井田走向長度小，2個分段同時采掘生產(chǎn)，采動影響大。
　　⑷煤層松軟破碎，偽頂、偽底泥巖多，遇水膨脹，易底鼓，圍巖支撐力小。
　　 2.井下試驗(yàn)情況
　　高輕度錨桿支護(hù)技術(shù)研究試驗(yàn)分為巷道和開切眼支護(hù)試驗(yàn)兩部分，一部分在408、409工作面回風(fēng)巷道試驗(yàn)，另一部分在501、502綜采工作面開切眼支護(hù)試驗(yàn)。累計(jì)試驗(yàn)支護(hù)工作面巷道1258m，兩個寬度6.2m、高2.5m、凈斷面積15.5m2，共計(jì)長度292m的大斷面開切眼，試驗(yàn)總長度1350m；頂、底板最大移近量52mm，兩幫最大移近量68mm，斷面收斂僅為8.9%。現(xiàn)已支護(hù)掘進(jìn)巷道30000m，支護(hù)安裝了8個大斷面開切眼，均未出現(xiàn)支護(hù)問題。
　　 3.錨桿支護(hù)主要參數(shù)及材料
　　3.1工作面回風(fēng)巷道
　　3.1.1頂板支護(hù)
　　采用長度2200mm、直徑20mm的左旋無縱筋高強(qiáng)度螺紋鋼支護(hù)，桿尾螺紋M22，采用一支K2335、一支Z2360樹脂錨固劑加長錨固，錨固長度950mm，鉆孔直徑28mm；每排4根錨桿，排距750mm，間距750mm，靠近煤壁一側(cè)的錨桿安裝角度與垂線成30°，靠近頂板一側(cè)的錨桿安裝角度與垂線成45°，其他錨桿垂直頂板布置，并配套220-3-2400-4-750型W鋼帶和12號鐵絲編織的菱形金屬網(wǎng)護(hù)頂，鋼帶寬度220mm，厚度3mm，長度2400mm，4個孔眼，孔間距750mm。錨桿托板采用120（120拱形高強(qiáng)度托盤，長度7m、直徑15.24mm、1×7股高強(qiáng)度低松弛預(yù)應(yīng)力鋼絞線錨索補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)，一支K2335、兩支Z2360錨固劑錨固，錨固長度1500mm，鉆孔直徑28mm，每隔兩排打一根錨索，安裝在頂板中部，錨索間距1500mm。
　　3.1.2巷幫支護(hù)
　　采用長度2200mm、直徑20mm的左旋無縱筋高輕度螺紋鋼支護(hù)，一支Z2360錨固劑錨固，錨固長度600mm，鉆孔直徑28mm；每排4根錨桿，排距750mm，間距750mm，上、下兩幫角錨桿與水平線呈10°安裝，其他錨桿垂直煤幫；12號鐵絲編織的菱形金屬網(wǎng)和采用直徑14mm、寬度100mm、長度2400mm的SB-14-100-2400-4型鋼筋托梁護(hù)幫，托梁長度2400mm，寬度100mm，4個錨桿眼孔，布置錨桿排、間距為7500mm。
　　3.2開切眼
　　開切眼斷面較大，采用分段面兩次掘進(jìn)法。先掘進(jìn)3.4m×2.5m的斷面，再掘進(jìn)2.8×2.5m的斷面，兩次掘進(jìn)形成寬度6.2m、高度2.5m的大斷面開切眼。
　　3.2.1第一次開掘斷面支護(hù)
　　頂板支護(hù)：采用長度2200mm、直徑22mm的高強(qiáng)度螺紋鋼錨桿支護(hù)，一支K2335、一支Z2360樹脂錨固劑錨固，鉆孔直徑28mm；每排4根錨桿，排、間距750mm，靠煤幫的錨桿與垂線成30°安裝，其他錨桿垂直頂板布置，配套220-3-3200-5-750型W鋼帶和3200mm×850mm菱形金屬網(wǎng)護(hù)頂，鋼帶寬度220mm，厚度3mm，長度3200mm，5個孔眼，孔間距750mm。每2排錨桿打1根錨索，錨索排距1.5m。錨桿托板、錨索型號及錨固方法與巷道的相同。巷幫支護(hù)：待擴(kuò)巷幫（采煤機(jī)側(cè)巷幫）采用直徑18mm、長度1800mm的可切割玻璃鋼錨桿支護(hù)，其他支護(hù)與巷道巷幫支護(hù)相同。
　　3.2.2第二次開掘斷面支護(hù)
　　頂板支護(hù)：采用長度2200mm、直徑22mm高強(qiáng)度錨桿支護(hù)，一支K2335、一支Z2360樹脂錨固劑錨固，鉆孔直徑28mm；每排4根錨桿，排、間距750mm，靠煤幫的錨桿與垂線成30°安裝，其他錨桿垂直頂板布置；配套220-3-2450-4-750型W鋼帶和12號鐵絲編織的2800mm×850mm菱形金屬網(wǎng)護(hù)頂，鋼帶寬度220mm，厚度3mm，長度3200mm，4個孔眼，孔間距750mm，每排安裝4根錨桿、1根錨索，錨索交錯布置，1根安裝在頂板靠近煤幫一側(cè)，另一根安裝在頂板中部，兩排錨索水平間距1600mm。巷幫錨桿托板采用木托板配合拱形高強(qiáng)度托板，木托板規(guī)格為300mm×200mm×50mm；其他與第一次掘進(jìn)支護(hù)相同，巷幫支護(hù)同每一次掘進(jìn)的待擴(kuò)幫支護(hù)相同。