李 政

（西山煤電西曲礦掘進二隊， 山西 古交 030200）

引言

工作面巷道支護效果直接決定綜采工作面生產和作業(yè)人員的安全性。在實際生產中，由于煤炭開采導致工作面頂板的應力平衡狀態(tài)遭到破壞，進而出現(xiàn)巷道頂板坍塌、兩幫出現(xiàn)片幫的現(xiàn)象，在制約工作面生產效率的同時嚴重威脅到作業(yè)人員的人身安全。本文以12207 工作面為例，其在實際生產中由于支護手段不合理，嚴重影響正常通風和開采的安全，雖然采用可注式支護能夠使其巷道頂?shù)装宓淖冃蔚玫胶棉D，但是可注式支護導致回風巷道斷面較小，在影響回風效率的同時影響工作面的正常運輸[1]。因此，提出預應力錨桿支護的方式對巷道進行支護，并對其支護效果進行驗證。

1 工程概況

某煤礦12207 工作面可開采煤層為2 號煤層，煤層平均厚度為8.78 m，煤層平均普式硬度為1.8。經探測，該工作面煤層屬于穩(wěn)定煤層，且煤層的厚度變化較小。12207 工作面煤層的頂?shù)装迩闆r如表1所示。

表1 12207 工作面煤層的頂?shù)装迩闆r

12207 工作面的走向長度為2 000 m，含有傾斜部分的長度為182 m，整個工作面傾斜部分的傾斜角度范圍為24.5°～31°。本文著重以12207 工作面研究預應力錨桿支護對巷道支護效果的改善，并對其中預應錨桿支護工藝的實施以及預應力錨桿支護的現(xiàn)場試驗進行監(jiān)測。

2 預應力錨桿支護設計與實施

預應力錨桿支護是由鉆孔穿過軟巖層，預應錨桿的一端固定在工作面堅硬的巖層，預應力錨桿的另一端進行張拉操作，從而對巷道圍巖起到穩(wěn)定、固定作用。一般的，預應力錨桿支護能夠對工作面圍巖進行局部加固，提高錨桿支護的張拉作用，對層狀巖層進行加固[2]。結合12207 工作面的頂?shù)装迩闆r，對其采用錨桿錨索聯(lián)合支護方式，具體支護參數(shù)如下。

2.1 工作面錨桿支護參數(shù)的設計

2.1.1 頂板支護參數(shù)

頂板支護所采用無縱筋螺紋鋼筋錨桿直徑為22 mm，錨桿長度為2 400 mm，錨桿間排距為850 mm，錨桿間距為900 mm，工作面頂板每排錨桿的數(shù)量為5 根。頂板錨桿采用錨固劑對錨固進行加長，其中所采用錨固劑的類型為K2335 和Z2360。經錨固劑加長處理后錨固的長度為1 654 mm。為保證錨桿支護的效果，為其施加400 Nm 的預緊扭矩。而且，頂板錨桿的與錨桿相匹配的錨索的直徑為17.8 mm，錨索長度為7 300 mm，錨索的間排距為1 800 mm，同樣采用樹脂卷對錨索錨固進行加長處理，所采用錨固劑的類型分別為K2335 和Z2360，經錨固加長處理后錨固的長度為1 860 mm，為錨索所施加預緊力的大小為180 kN。

此外，針對頂板支護為其增加W 鋼帶和菱形金屬網的支護方式。

2.1.2 巷幫支護參數(shù)

巷幫支護采用無縱筋螺紋鋼筋錨桿的直徑為20 mm，錨桿長度為2 000 mm，錨桿間排距為800 mm，錨桿間距為900 mm，工作面頂板每排錨桿的數(shù)量為4 根。頂板錨桿采用錨固劑對錨固進行加長，其中所采用錨固劑的類型為K2335 和Z2360。經錨固劑加長處理后錨固的長度為1 300 mm。為保證錨桿支護的效果為其施加400 Nm 以上的預緊扭矩。

此案為，針對巷幫支護還需采用W 型鋼護板和菱形金屬護幫進行加固支護。

12207 工作面的整體支護效果如圖1 所示。

圖1 12207 工作面預應力錨桿支護整體效果

2.2 預應力錨桿及施工工藝

針對12207 工作面的頂?shù)装?、地質以及水文等條件，本次支護方案所采用的無縱筋螺紋鋼筋錨桿屬于高強度、高剛度錨桿支護系統(tǒng)[3]，所選預應力錨桿支護的構件如圖2 所示。

圖2 預應力錨桿支護系統(tǒng)結構

錨桿支護工藝:結合常規(guī)錨桿支護工藝的步驟，對于預應力錨桿支護需經歷如下施工步驟：鉆巷道頂板中部錨桿孔（采用Φ28 mm 的鉆頭完成鉆孔，將錨桿孔的誤差控制在50 mm 以內）- 裝樹脂卷- 裝全套錨桿- 攪拌藥卷（攪拌15 s 后停機）- 攪拌機停機（需保持較大的推力）- 緊固螺母（根據(jù)預緊扭矩值上緊螺母）。

錨索支護工藝：定錨索眼位- 打錨索眼（使用Φ28 mm 的鉆頭）- 清理錨索眼- 將樹脂卷放入錨索眼中- 攪拌25 s 左右并停機后保持推力60 s- 緊固錨索[4]。

3 預應力錨桿的支護效果

為綜合評估預應力錨桿支護效果，本文在12207 工作面巷道設置3 個監(jiān)測站分別對巷道表面位移、頂板離層量、錨桿受力以及錨索受力情況進行監(jiān)測。其中，巷道表面位移采用十字布點法進行測量，包括有頂板、兩幫的移近量以及頂板的下沉量；采用離層指示儀對巷道頂板的離層量進行監(jiān)測；采用CM-300 測力計對錨桿受力進行監(jiān)測；采用GYS-500 測力計對錨索受力情況進行監(jiān)測[5]。此處僅對巷道頂板采用普通錨桿和預應力錨桿支護的頂板離層量進行對比研究，對比結果如圖3 所示。

圖3 普通錨桿與預應力錨桿支護下巷道頂板離層量對比

如圖3 所示，頂板離層量包括有深部離層量和淺部離層量。原支護采用普通錨桿支護，其對應的深部頂板離層最大值為170 mm，淺部離層最大值為110 mm，總的頂板離層量280 mm；新支護采用預應力錨桿支護，其對應的深部頂板離層最大值為80 mm，淺部離層最大值為45 mm，總的頂板離層量125 mm。經對比分析可知，采用預應力錨桿支護后對應頂板的離層量降低約55.3%。

此外，經核算可知采用預應力錨桿支護后可提升巷道的掘進速度，巷道后期的維修費用明顯降低。

4 結論

錨桿支護為綜采工作面巷道支護的主要形式，針對某些特殊工作面采用普通錨桿支護，其支護效果遠達不到實際生產需求，需采用預應力錨桿支護對巷道工作面圍巖的穩(wěn)定性進行加固，具體如下：

1）針對12207 工作面的特點，對錨桿和錨索分別施加400 Nm 的預緊扭矩和180 kN 的預緊力；

2）采用預應力錨桿支護后12207 工作面總的頂板離層量降低55.3%，且大幅度提升了巷道的掘進機速度，降低了巷道的后期維護費用。