临涣矿大倾角煤巷锚杆支护技术研究_]

论文导读:：］ 针对临涣矿工字钢支护变形量大，支护效果差的缺点，以992掘进工作面巷道为例，介绍了大倾角煤巷锚杆支护支护形式、支护方案、参数和施工工艺，根据矿压观测及其分析和经济效益分析，临涣矿大倾角煤巷锚杆支护技术在技术上是可行的，安全上是可靠的，经济效益上是可观的。
论文关键词：]，大倾角，煤巷，锚杆支护，研究
 

1、问题的提出

多年来，临涣矿回采巷道主要采用工字钢梯形棚支护，由于煤层松散、倾角较大，支架受力时扭曲变形、折损严重，支护阻力小，控制巷道围岩变形能力差；巷道变形量大，支护效果差，成本居高不下；掘进期间维修支架稳定性差，易垮棚失稳；工作面端头回撤困难，工人劳动强度大，制约工作面的推进，管理复杂。因此煤矿支护已严重制约了煤炭开采整体效益的提高，为此临涣矿在992工作面回采巷道中开展锚杆支护技术攻关。

2、992回采工作面概况

992工作面位于九采区的右翼，上部为9煤防水煤柱和东风井保护煤柱，下部为994工作面（尚未掘进），工作面走向长285m，倾斜长130m。煤层倾角16°～46°，平均30°，煤层厚度2～3.6m。9煤上覆一层0～0.4m的泥岩，直接顶为平均3m厚的细砂岩]，直接底为平均2.8m厚的泥岩，老底为8.8m的泥岩。

3、巷道支护形式及参数设计

3.1、巷道断面

992工作面选择斜矩形断面的依据：

（1）为了保持顶板的完整性，使顶板处于较好地完整状态。

（2）为工作面回采创造有利条件，若破碎顶板，两巷顶板不连续，给回采带来困难。

（3）跟煤层顶板施工，降低了施工难度。

3.2、巷道支护形式

992工作面巷道支护形式为锚梁网复合支护，顶板采用高强树脂锚杆联合梯子梁、金属网支护，两帮采用高强树脂锚杆联合梯子梁、双抗网支护。

3.3、支护参数的确定

3.3.1锚杆杆体材料的选取

由于螺纹钢锚杆强度高、增阻快、有延伸量，与圆钢锚杆相比表面积大、锚固性性能好等特点，因此选取20MnSi螺纹钢作为锚杆杆体材料。

3.3.2“三径”的合理匹配

锚杆直径、钻孔直径、树脂药卷直径的合理匹配直接影响着锚杆的锚固力、支护的安全性和经济合理性。根据992工作面的煤岩条件，确定帮锚杆直径为18mm, 顶锚杆直径为20mm,使用钻头直径为φ27mm(孔径约28mm) 及直径为φ23mm药卷与之相匹配中国论文下载中心。

3.3.3锚固方式的选取

树脂锚固剂锚固锚杆一般分为端头锚固、加长锚固和全长锚固，经比较采用加长锚固较为合理。

3.3.4附件的选取

为了充分发挥高强锚杆的作用，选用与之相匹配的双抗网、梯子梁护帮，金属网、梯子梁护顶。

3.3.5锚杆长度的确定

根据992工作面的煤岩条件，决定顶锚杆长度为2.2m,帮锚杆长度为1.8m。

3.3.6锚杆支护方案

根据以上分析后确定：992工作面巷道断面为斜矩形，风巷宽为2.8 m，中高为2.3m；机巷宽为2.8m,中高为2.3m。高帮、顶板和低帮分别布置4根、4根和2根锚杆。排距为900mm。锚杆布置见图1。

（1）顶板支护

顶板布置4根高强无纵筋左旋螺纹钢锚杆，其规格为φ20×2200mm；采用树脂药卷加长锚固，每根锚杆均使用φ23mm、规格Z2350的树脂药卷二卷、药卷总长度为1000mm,同时铺设宽1.2m、长1.4m的金属网和梯子梁，梯子梁由二根φ14mm的圆钢焊接而成，宽100mm,长2.6m。顶板锚杆间距为800mm。

（2）巷道高帮的支护

巷道高帮布置3根高强无纵筋左旋螺纹钢锚杆，其规格为φ18×1800mm；采用树脂药卷加长锚固，每根锚杆均使用φ23mm、规格Z2350的树脂药一卷、药卷总长度为500mm,同时铺设宽1.1m、长5m的双抗网和2.6m长的梯子梁，高帮锚杆间距为900mm。

（3）巷道低帮的支护

巷道低帮布置2根高强无纵筋左旋螺纹钢锚杆，其规格为φ18×1800mm；采用树脂药卷加长锚固，每根锚杆均使用φ23mm、规格Z2350的树脂药一卷、药卷总长度为500mm,同时铺设宽1.1m、长5m的双抗网和1.5m长的梯子梁，低帮锚杆间距为900mm。

4、施工工艺

采用单排距循及时支护，以减少围岩的无约束松动变形，严格使用锚杆钻机安装顶板锚杆，用帮锚杆钻机安装帮锚杆，以提供较大的初锚力。

顶板锚杆支护施工：采用单循环，即掘一个排距，安装一排锚杆。先施工中部锚杆，再施工两侧锚杆，应尽可能安排顶锚杆与帮锚杆同时作业，帮锚杆可滞后顶锚杆1~2排施工。具体工序如下：

（1）巷道掘出形后，铺设钢筋梯子梁；

（2）用锚杆钻机钻孔至设计深度，同时组装锚杆（包括在杆体上安装托盘、球形垫圈、减摩塑料垫圈、螺母、搅拌器）并更换磨损的钻头，准备树脂药卷；

（3）成孔后]，在孔内放置树脂药卷宗，并将树脂药卷轻轻送入钻孔内，用组装好并安装好搅拌器的锚杆将药卷送入孔底；

（4）将搅拌器与钻机联接好，开动钻机，边推进边搅拌直到锚杆送入孔底，时间大约20~30s;停转等待药卷固化30s，再开动锚杆钻机上紧螺母完成一根锚杆从钻孔到安装的全过程。

5、安全组织管理

（1）矿成立支护实验田领导小组，确保实验工作安全顺利进行。

（2）编制相配套的安全技术措施。

抽专人成立支护质量监测小组，检查施工质量并进行矿压观测。

（3）设专人现场跟班，掌握施工质量和围岩状态，发现问题及时处理。

6、矿压观测及其分析

为了检查支护质量，监测支护状态，评价支护参数的合理性及锚杆支护效果，设置相应的测站，对围岩表面位移、顶板离层状况、锚杆载荷进行观测。

992工作面风巷锚杆支护段492m，机巷锚杆支护段79m，机巷、风巷分别设2个测站对围岩表面进行监测。

6.1围岩变形观测

根据观测站测得的数据分析，得出如下结论：

（1）巷道的围岩变形速度及变形量不大，巷道掘出初期围岩变形速度较大并逐渐减小，日最大变形量为3.6mm。

（2）帮的围岩变形速度小于顶底板的围岩变形速度。在顶底板的围岩变形中，底鼓量远远大于顶板下沉量。

（3）在观测期限内，围岩最大变形量为195mm，完全能够满足生产的要求，说明支护实验结果是理想的中国论文下载中心。

6.2顶板离层观测

对顶板离层观测的目的有二：1及时发现顶板离层状况，避免发生冒顶事故；2监测数据可作为修改、完善锚杆支护初步设计数据的

依据。

通过顶板安装的离层指示仪的数据显示，锚固区内、外顶板离层数值都不大，最大为15mm,因此，顶板不会发生失稳等安全隐患问题，也说明支护参数设计是合理的。

7、经济效益分析

（1）工字钢梯形棚支护费用

每米需塘柴笆片29.52元，每米需工字钢866.2元,人工费用211.14元，因此巷道每米成本为1106.86元。试验段（571m）支护费用为63.2万元。

（2）锚杆支护费用

顶锚杆每根22.1元，帮锚杆每根17.9元，每米需要锚杆197.6元。每米需要梯子梁81.8元，每米需要金属网84.16元，每米需要双抗网53.3元，每米需要树脂46.14元，每米人工费用211.14元，因此巷道每米成本为673.44元。试验段（571m）支护费用为38.5万元。

试验段（571m）巷道使用锚杆支护比工字钢梯形棚支护节约成本为24.7万元。此外，工字钢梯形棚支护一般3个月修复一次，而锚杆支护基本不需要修复]，，对底鼓量较大的巷道仅需卧底一次；同时锚杆支护大大提高了掘进速度，减缓了接替紧张的局面，可见锚杆支护的经济与社会效益十分显著。

8、结论

（1）992工作面支护实段观测时间内，日最大变形量为3.6mm，围岩最大变形量为195mm，锚固区内、外顶板离层数值都不大，最大为15mm,说明锚杆支护材料的选择是可行的，支护参数的设计是合理的。

（2）锚杆支护的巷道围岩变形速度及变形量都不大，围岩变形量主要以底鼓为主，生产期间需卧底，可考虑加一根底角锚杆，并尽量减少巷道的积水，以控制底鼓。

（3）锚杆施工的统计表明，支护实验段巷道与同类条件下的架棚巷道相比，施工速度提高了30％左右。

（4）支护实验段巷道比架棚支护每米节约材料费433.44元，合计节约资金24.7万元，若考虑巷道成型工期及巷道修复，综合经济效益十分显著。

（5）使用锚杆支护，大大降低了工人的劳动强度，社会效益明显。