全长螺纹锚杆及大直径注浆锚索在回采巷道中的应用

杨张杰王 威杨 青王福海王庆牛陈 康皮亚军

(1.安徽省煤炭科学研究院,安徽省合肥市,230001; 2.淮南矿业集团谢桥煤矿,安徽省淮南市,232150)

全长螺纹锚杆及大直径注浆锚索在回采巷道中的应用

杨张杰1王 威1杨 青1王福海1王庆牛1陈 康1皮亚军2

(1.安徽省煤炭科学研究院,安徽省合肥市,230001; 2.淮南矿业集团谢桥煤矿,安徽省淮南市,232150)

针对谢桥矿13316工作面回风巷道地质特点及支护技术难点,提出了13316回风巷道支护对策,研究了在回风巷道实施全长螺纹锚杆、大直径注浆锚索、久米纳树脂加固材料的综合支护,实践表明综合支护方案的采用减少了单位面积的锚杆、锚索数量,支护密度大大降低,提高了巷道掘进速度.

巷道支护 全长螺纹锚杆 大直径注浆锚索

在深井高应力巷道、大断面小煤柱沿空巷道采用现行的高强端锚或加长锚固锚杆支护系统出现了一系列新的问题,主要表现为锚杆对围岩变形不敏感、控制围岩离层能力差,抗剪强度低,抗冲击性能差,锚杆断裂较多或者巷道出现冒落;锚索延展性差,刚度小,常常有因为载荷过大锚杆被拉断或者整根锚索被拉出失效;巷道矿压显现强烈,巷道顶底板及两帮变形收敛大、底鼓非常严重,有的巷道支护后一个月就要翻修.为解决巷道变形,不得不增加单位面积锚杆、锚索密度,这就增加了工人劳动强度和成本.深井高应力巷道以及大断面小煤柱沿空巷道的地压治理问题已成为影响矿区安全高效生产的瓶颈问题,因此,在谢桥矿13316回风巷道进行全长螺纹锚杆及大直径注浆锚索试验,解决小煤柱地压治理问题.

1 地质概况

谢桥矿13316综采工作面位于-610 m水平东二采区,6＃煤层底板标高为-497.9～-610 m,地面标高+19.9～+23.4 m.13316综采面东面是F22断层边界,西面是东二B组煤采区上山,南面是下阶段13416工作面,北面是上阶段13216工作面.上阶段13216工作面、上覆13118、13218、13318工作面均已回采完毕.

6＃煤层厚度为1.0～4.2 m,均厚2.7 m,煤层结构简单,局部发育1层泥岩夹矸,0.2～1.0 m,煤层倾角为11°～17°.煤层直接顶板为泥岩,老顶为细砂岩,伪顶缺失,直接底为泥岩, 13316工作面顶底板岩性见表1.

表1 13316工作面顶底板岩性

影响13316工作面开采的断层有6条,分别是FG1、FG2、FG3、FG4、FS268和F22,另外,工作面范围内发育有1＃陷落柱,陷落柱在6＃煤层平面上为近似椭圆形,走向长156 m,倾向长234 m.

13316工作面主要水源为6＃煤层顶板砂岩裂隙水、采空区水和陷落柱水.顶板砂岩裂隙水在裂隙发育的区域含量较高,裂隙水和其他水源没有直接联系,1＃陷落柱区域含水较多,上阶段13216回采后,还有采空区积水流入.

2 巷道支护难点和对策

2.1 支护难点

(1)13316回风巷道沿空掘进,巷道围岩破碎,特别是在巷道过1＃陷落柱时,应力集中明显,导致巷道围岩变形范围和程度增大,巷道矿压显现剧烈.

(2)巷道煤层倾角大,高帮为煤柱帮,煤柱易片帮、稳定性差;巷道断面大,对巷道围岩的长期稳定性要求较高.

(3)顶板砂岩裂隙水前期影响树脂药卷锚固力,后期使锚杆、锚索杆体产生锈蚀,破坏杆体强度.

2.2 支护对策

分析了巷道的地质采矿条件及巷道支护技术,提出在13316回风巷道支护设计中采取以下技术对策.

(1)采用全长螺纹锚杆和大直径注浆锚索.普通锚杆直径一般为18～22 mm,螺纹长300 mm,而全长螺纹锚杆直径为25 mm,直径较普通锚杆粗5 mm,杆体材料为45＃钢,内置注浆孔,配合化学浆使用,全长螺纹提高了杆体与化学浆的握持力;普通锚索直径一般为15.24～21.8 mm,而大直径注浆锚索直径为29 mm,内置注浆孔,封孔采用橡胶软管和PVC硬管封孔,配合化学浆实现围岩裂隙及小煤柱加固,控制煤柱片帮.

(2)全长锚固可提高围岩整体性.在小煤柱、高应力地段以及断层带附近,围岩结构复杂,裂隙发育,在这些区域只有采用全长锚固技术才能使得锚杆、锚索增大与岩体间的摩擦力,此外由于杆体孔被树脂全长充填,抗剪强度高,同时配合浅深孔注浆,浆液可以沿着裂隙扩散到岩体中,使得岩体的抗剪强度也得到提高.

(3)锚杆与锚索组合支护一是减少单根锚杆或者锚索破断的现象;二是通过钢带或者槽钢把锚杆或者锚索联合在一起,增大了顶板表面压应力的区域;三是与全长锚固技术相结合,实现锚杆、锚索由点锚、线锚到片锚的转变.

3 巷道支护方案

顶板支护采用每排6根全长螺纹锚杆和一根长4.8 m的M5钢带组合支护,靠近高帮的2根锚杆竖直安装在巷道顶板上,其他4根锚杆则垂直顶板安装.全长螺纹锚杆在树脂药卷的锚固下外注化学浆,采用橡胶软管和PVC硬管封孔,锚杆规格为ø25 mm×2500 mm,锚杆钻孔直径32 mm,锚杆间排距为900 mm×900 mm;同时还采用Ω钢梁、大直径注浆锚索和常规锚索组合支护,每排安装3根锚索,两根大直径注浆锚索和一根普通锚索,靠近高帮的一根大直径注浆锚索竖直安装在顶板上,靠近低帮的一根大直径注浆锚索垂直安装在顶板上,中间一根常规锚索垂直安装在顶板上.大直径注浆锚索规格为ø29 mm×6300 mm,锚索钻孔直径为ø38～40 mm;常规锚索规格为ø22 mm× 7400 mm,钻孔直径为ø30 mm,采用Z2850锚固剂锚固.

巷道低帮为煤体帮,煤体帮采用Ω钢梁、常规ø22 mm×4300 mm锚索和普通ø22 mm×2500 mm锚杆组合支护,每根Ω钢梁上1孔、3孔布置锚杆,2孔、4孔布置锚索,采用规格为2600 mm×1200 mm金属网.

巷道高帮为煤柱帮,煤柱帮采用Ω钢梁、ø29 mm×4300 mm大直径注浆锚索、普通锚杆和全长螺纹锚杆组合支护,每组Ω梁(2根2.0 m长Ω梁搭接布置)上2、4孔布置大直径注浆锚索,靠近顶板位置孔布置常规锚杆,其余两个孔安装全长螺纹锚杆.具体支护方案见图1.

图1 13316工作面巷道锚杆锚索支护方案

全长螺纹锚杆和大直径注浆锚索安装后,需要注化学浆.注浆材料为久米纳加固材料,产品规格为A、B双组份产品,比例为1∶1,固化时间为35～45 s,注浆压力0.5～1 MPa.

4 工业性试验

13316工作面回风巷道全长螺纹锚杆、大直径注浆锚索综合支护工业性试验到2015年9月1日结束,历时约6个月,巷道试验长度101 m(距巷道拔门位置1121～1222 m),全部采用橡胶软管和PVC硬管组成的双止浆管封孔.101 m试验巷道共注化学浆3380 kg,每排32.8 kg,每孔2.7 kg.

试验段3＃测站受掘进影响时间为20 d,比普通锚杆支护段2＃测站要短,在此期间巷道表面位移急剧增大,20 d以后巷道围岩移近速度变慢,观测初期的20 d,试验段3＃测站顶底板移近量为300 mm,两帮移近量245 mm,到180 d试验段巷道顶底板和两帮移近量分别为386 mm和360 mm,2＃测站支护段顶底板和两帮移近量分别为470 mm和450 mm.13316回风巷道2＃测站和3＃测站位移变化曲线见图2.

图2 2测站和3测站巷道段变形曲线

上述观测结果表明,全长螺纹锚固锚杆试验段与普通锚杆支护段相比,巷道受掘进影响时间变小,3＃测站试验段巷道围岩表面位移量、特别是两帮围岩移近量明显比2＃测站巷道段平均降低25%～30%,说明新型支护材料配合树脂注浆实现全长锚固对控制巷道围岩表面变形效果显著.

5 结论

(1)全长螺纹锚杆配合大直径注浆锚索在大断面小煤柱沿空巷道中使用,减少了单位面积上锚杆、锚索数量,支护密度大大降低,巷道掘进速度得到提高,降低了工人劳动强度.

(2)13316工作面回风巷道试验段围岩表面位移共计进行180 d的观测,巷道顶底板移近量为386 mm,两帮移近量为360 mm.与普通锚杆支护段相比,两帮及顶底板移近量平均降低25%～30%.新型支护材料配合树脂注浆实现全长锚固对控制巷道围岩表面变形效果显著.

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(责任编辑 张毅玲)

Application of full length screw bolt and large diameter grouting anchor cable in mining roadway

Yang Zhangjie1,Wang Wei1,Yang Qing1,Wang Fuhai1,Wang Qingniu1,Chen Kang1,Pi Yajun2
(1.Anhui Academy of Coal Science,Hefei,Anhui 230001,China; 2.Xieqiao Coal Mine,Huainan Mining Industry Group,Huainan,Anhui 232150,China)

According to geologic characteristics and technological difficulties of return airway in No.13316 working face of Xieqiao Coal Mine,supporting countermeasure of the roadway was put forward,which was a combined supporting method of full length screw bolt,full diameter grouting anchor cable and jiumina resin reinforcement materials,field practice showed that the combined supporting method improved the roadway excavation speed with less anchor bolts and cables per unit area and lower support density.

roadway support,full length screw bolt,large diameter grouting anchor cable

TD353

A

杨张杰(1963-),男,安徽怀宁人,副研究员,现主要从事煤巷锚杆支护设计、软岩巷道矿压的显现规律研究。