王海強(qiáng)，張海粟，雷 鳴，楊永康

（1.潞安環(huán)能股份公司 常村煤礦，山西 長(zhǎng)治 046103；2.太原理工大學(xué) 采礦工藝研究所，山西 太原 030024）

讓壓錨桿與強(qiáng)力錨桿在孤島綜放面的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)研究

王海強(qiáng)1，張海粟1，雷 鳴1，楊永康2

（1.潞安環(huán)能股份公司 常村煤礦，山西 長(zhǎng)治 046103；2.太原理工大學(xué) 采礦工藝研究所，山西 太原 030024）

針對(duì)常村煤礦S3-3孤島工作面所處大埋深、高地應(yīng)力、破碎頂煤的圍巖特點(diǎn)和巷道嚴(yán)重變形、錨桿錨索斷裂嚴(yán)重的現(xiàn)狀，研究出了高強(qiáng)讓壓錨桿，并對(duì)普通高強(qiáng)錨桿、強(qiáng)力錨桿、讓壓錨桿支護(hù)巷道在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行實(shí)測(cè)。研究表明，高強(qiáng)讓壓錨桿能夠既讓壓又有高強(qiáng)錨固力，避免了高應(yīng)力作用下桿體斷裂，減少了巷道維護(hù)量，有效解決高地應(yīng)力下巷道支護(hù)難題。

巷道支護(hù)；高強(qiáng)讓壓錨桿；強(qiáng)力錨桿；孤島綜放面

常村煤礦現(xiàn)采3號(hào)煤層，埋深大、地應(yīng)力高，井田內(nèi)陷落柱、斷層、褶曲等構(gòu)造多,開(kāi)采時(shí)受到構(gòu)造應(yīng)力的影響，屬于深井高應(yīng)力下的軟弱煤層開(kāi)采。煤層均厚6 m，放頂煤采煤法，現(xiàn)采S3-3工作面為孤島面。工作面順槽沿煤層底板掘進(jìn)，頂板需留3 m厚的煤作為巷道的直接頂板，加之巷道掘進(jìn)時(shí)離采空區(qū)近，煤體強(qiáng)度較低，工作面順槽地應(yīng)力較高，給順糟支護(hù)帶來(lái)困難。S3-3皮帶順槽從2006年12月開(kāi)始掘進(jìn)，采用普通高強(qiáng)錨桿W鋼帶支護(hù)形式推進(jìn)180 m，頂板網(wǎng)包嚴(yán)重、發(fā)生局部漏頂現(xiàn)象，圍巖變形量大。為防止巷道出現(xiàn)大面積漏冒、坍塌，建設(shè)方被迫停止巷道掘進(jìn)；采用強(qiáng)力錨桿支護(hù)后推進(jìn)200 m后，發(fā)現(xiàn)又推進(jìn)中強(qiáng)力錨桿有斷裂現(xiàn)象。

1 大采深高應(yīng)力巷道支護(hù)研究現(xiàn)狀

錨噴聯(lián)合支護(hù)是經(jīng)濟(jì)、高效、合理方式，它用積極主動(dòng)的支護(hù)原理，保持圍巖的整體性和穩(wěn)定性，以控制圍巖變形、位移、裂隙發(fā)展。近年來(lái)，煤巷錨桿支護(hù)理論和技術(shù)取得很大進(jìn)展，工程實(shí)踐證明錨噴聯(lián)合支護(hù)經(jīng)濟(jì)合理，錨固系統(tǒng)機(jī)理也日趨完善[1-4]。

引起巷道變形的力學(xué)原因十分復(fù)雜，一般分為物化膨脹型、應(yīng)力擴(kuò)容型、結(jié)構(gòu)變形型三大類(lèi)[2]。物化膨脹型與軟巖本身結(jié)構(gòu)的物化特性有關(guān)，應(yīng)力擴(kuò)容型與力源有關(guān)，結(jié)構(gòu)變形型與巷道結(jié)構(gòu)、巖體結(jié)構(gòu)特性有關(guān)。常村S3-3工作面為孤島面，原巖應(yīng)力大且受多次反復(fù)動(dòng)壓影響，屬于應(yīng)力擴(kuò)容型。

大采深高應(yīng)力破碎巷道施工中變形量大、變形速度快、流變顯著，支護(hù)體破壞失效嚴(yán)重的問(wèn)題，如何確保孤島工作面大采深高應(yīng)力大變形巷道錨桿、錨索等支護(hù)結(jié)構(gòu)有效、安全、可靠，是需要解決的主要問(wèn)題。

現(xiàn)代軟巖支護(hù)理論認(rèn)為[2]，圍巖應(yīng)力重分布后出現(xiàn)較大的塑性區(qū)和松動(dòng)區(qū)，會(huì)引起隨時(shí)間而增長(zhǎng)的大變形。錨桿在大變形條件下無(wú)讓壓均壓功能,是造成錨桿錨索破斷的主要原因[2]，一直增加錨桿支護(hù)系統(tǒng)的強(qiáng)度并不能解決大采深高應(yīng)力孤島工作面煤巷支護(hù)難題。

在錨桿支護(hù)應(yīng)力不受影響前提下，錨固系統(tǒng)若能適應(yīng)圍巖較大變形，使圍巖在較大的約束限制下進(jìn)行讓壓[5]、實(shí)現(xiàn)剛?cè)峤Y(jié)合，以釋放部分應(yīng)力、使錨桿能夠均勻受力、實(shí)現(xiàn)減少或避免錨桿破壞，提高支護(hù)系統(tǒng)的可靠性。因此讓壓錨固系統(tǒng)的研究迫在眉睫。

2 高強(qiáng)讓壓錨桿研究

常村煤礦與相關(guān)合作單位研究出高強(qiáng)讓壓錨桿支護(hù)系統(tǒng)，如圖1所示。在高強(qiáng)錨桿托盤(pán)和螺母之間加一讓壓環(huán),通過(guò)讓壓環(huán)在一定壓力下的變形使圍巖卸壓,使錨固系統(tǒng)成為一體而整體受力，實(shí)現(xiàn)有效地控制高應(yīng)力孤島工作面難支護(hù)巷道的大變形。

3 現(xiàn)場(chǎng)使用工業(yè)性實(shí)驗(yàn)研究

圖1 高強(qiáng)讓壓錨桿

3.1 掘進(jìn)期間

從2007年2月8日開(kāi)始，先在S3-3皮帶順槽進(jìn)行工業(yè)性試驗(yàn)130m。巷道表面位移觀測(cè)結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 不同支護(hù)方式的巷道表面位移

由表看出，普通高強(qiáng)錨桿支護(hù)巷道，兩幫移近量1 500 mm，頂板下沉量500 mm，圍巖變形量大，錨桿排間距小、施工進(jìn)度慢，增加材料消耗和降低掘進(jìn)安全性。采用強(qiáng)力錨桿后，施工速度加快，巷道圍巖變形量明顯減小，但施工時(shí)錨桿斷裂、鋼帶扭轉(zhuǎn)撕裂現(xiàn)象嚴(yán)重、部分錨桿需要二次補(bǔ)打，說(shuō)明錨桿支護(hù)系統(tǒng)強(qiáng)度滿足圍巖控制要求，但剛度不夠。采用高強(qiáng)讓壓錨桿后，圍巖表面變形量與高強(qiáng)錨桿相差不大，但掘進(jìn)實(shí)驗(yàn)期間沒(méi)有錨桿錨索斷裂現(xiàn)象，錨桿受力狀態(tài)明顯改善，避免了巷道高應(yīng)力造成的桿體斷裂。為適應(yīng)孤島工作面復(fù)雜的圍巖應(yīng)力，確定采用高強(qiáng)讓壓錨桿掘進(jìn)。分別在S3-3皮帶順槽和軌道順槽、S4-3皮帶順槽和軌道順槽、N2-3下皮帶順槽、S5回風(fēng)下山、N32號(hào)回風(fēng)巷中，推廣試用高強(qiáng)高預(yù)應(yīng)力可變形讓壓錨桿，截止2007年4月27日,巷道已施工5 000 m讓壓錨桿,取得良好支護(hù)效果，實(shí)現(xiàn)安全、快速、經(jīng)濟(jì)的掘進(jìn)目標(biāo)，并取得了月進(jìn)3 297.8 m的好水平。

3.2 回采期間

S3-3工作面兩巷斷面相同、支護(hù)參數(shù)相同，部分地段分別采用高強(qiáng)錨桿和高強(qiáng)讓壓錨桿，回采期間兩巷的礦壓顯現(xiàn)規(guī)律應(yīng)相同?；夭善陂g對(duì)S3-3工作面兩巷作了的記錄，見(jiàn)表2。在超前工作面50 m范圍內(nèi)，圍巖表面位移相差不大，但是采用高強(qiáng)讓壓錨桿斷裂1根，采用強(qiáng)力錨桿斷裂8根。

表2 皮順讓壓錨桿、軌順強(qiáng)力錨桿（50m內(nèi)的變化情況）

4 經(jīng)濟(jì)比較

采用讓壓錨桿支護(hù)費(fèi)用為2 506元/m，采用強(qiáng)力錨桿支護(hù)費(fèi)用2 593元/m，節(jié)約資金87元/m；以年掘進(jìn)30 000 m計(jì)算，每年節(jié)約資金261萬(wàn)元。強(qiáng)力錨桿存在斷裂現(xiàn)象，掘進(jìn)期間掘進(jìn)工作面往外就一直斷裂。S3-3皮順若用強(qiáng)力錨桿（1月26日～2月24日強(qiáng)力錨桿支護(hù)段斷裂353根，相當(dāng)于掘進(jìn)27 m巷道材料），采用讓壓錨桿支護(hù)每月約節(jié)約3萬(wàn)元材料費(fèi)用，補(bǔ)打錨桿費(fèi)用約3萬(wàn)元(按斷一根補(bǔ)打一根考慮)，補(bǔ)打人工費(fèi)用按90元/工，每班補(bǔ)打40根，需要2人，每月多投工近20個(gè)(1 800元)。每月節(jié)約資金合計(jì)6.217萬(wàn)元；每年節(jié)約資金合計(jì)74.6萬(wàn)元。

5 結(jié)束語(yǔ)

(1)高強(qiáng)讓壓錨桿能夠既讓壓又有高度錨固力，能有效控制圍巖的變形和破壞，避免了高應(yīng)力下的桿體斷裂、減少了巷道維護(hù)量，能夠有效解決大采深高應(yīng)力孤島工作面巷道支護(hù)難題。(2)新的支護(hù)理念和高強(qiáng)讓壓錨桿，能以較低成本實(shí)現(xiàn)巷道圍巖變形控制效果好，充分體現(xiàn)了高強(qiáng)度、高剛度、低密度的支護(hù)設(shè)計(jì)理念。

[1] 康天合，郜進(jìn)海，潘永前.薄層狀碎裂頂板綜采切眼錨固參數(shù)與錨固效果[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2004，23（增2)：4930-4935.

[2] 何滿朝.中國(guó)煤礦軟巖巷道支護(hù)理論與實(shí)踐[M].徐州，中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社，1996.

[3] 楊永康，康天合，等.層狀碎裂圍巖特大斷面換裝硐室施工性態(tài)及穩(wěn)定性分析[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2010，29(11)：2293-2303.

[4] 楊永康，季春旭，等.大厚度泥巖頂板煤巷破壞機(jī)制及控制對(duì)策研究[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2011，30(1)：58-67.

[5] 張小康，王連國(guó)，等.高強(qiáng)讓壓錨桿支護(hù)效果數(shù)值模擬研究[J].采礦與安全工程學(xué)報(bào)，2008,25(1)：46-49.

Abstract:On the S3-3 isolated working face of Changcun mine,the surrounding rocks are characteristic of large buried depth,high geostress and broken top coal;the roadways deformation and bolt-anchor fractures are severe.To solve the problems,a high-strength yielding bolt is presented.The normal high-strength bolt,powerful bolt,and yielding bolt are also tested in site.The results show that the high-strength yielding bolt not only is yieldable,but also has high-strength anchoring force,which can avoid bolt breaking under high stress,reduce roadway maintenance work,and solve the supporting problems under high geostress.

Key words:roadway support;high-strength yield bolt;powerful bolt;isolated fully-mechanized mining faces

編輯：徐樹(shù)文

Field Test of Yield Bolts and Powerful Bolts in Isolated Fully-mechanized Mining Faces

WANG Hai-qiang1,ZHANG Hai-li1,LEI Ming1,YANG Yong-kang2
(1.Changcun Mine,Lu'an Green Energy Co.,Changzhi Shanxi 046103;2.Mining Technology Institute,Taiyuan University of Technology,Taiyuan Shanxi 030024)

TD353

A

1672-5050（2012）07-0043-03

2012-03-01

王海強(qiáng)（1982—），男，山西長(zhǎng)治人，在讀工程碩士，助理工程師，從事煤礦生產(chǎn)技術(shù)工作。