高强预应力让压锚杆在深井高应力巷道条件下的应用

　　摘要：本文详细介绍了新型高强让压锚杆支护在深井高应力条件下的支护作用机理，并结合平煤十矿己15-24080机巷深井高应力条件下施工实践，对深井高应力的支护进行了有
　　益的探索。
　　关键词：高强让压锚杆，深井高应力，锚杆支护
　　
　　1问题的提出
　　平煤十矿原为设计年产量180万吨的大型矿井，经过多年来对生产系统的技术改造，实际年产量已达300万吨以上。随着矿井向深部延深，瓦斯含量及矿山压力显著增大，瓦斯含量的增大，客观上要求不断增大巷道的通风断面；支护显得尤为困难，不但传统的棚式支护手段，因其被动支护强度底，支架断梁折柱，无法正常使用；就是常规的高强锚杆，在回采过程中因其矿压过大，也常发生大面积拉断，造成支护失效冒顶；支护条件的恶化，迫使我们不断寻求增加支护强度的途径。因而，我们在己15-24080机巷试验新型锚杆支护。
　　2地质及煤层条件
　　己15-24080采面位于十矿己四采区西翼第三阶段，东靠己四轨道、运输机及瓦专，西至26勘探线；南部为己15-24060采面，北部未开采，东为己15--24090采空区；工作面布置为走向长壁式开采，工作面对应地面标高+190~+300m，采面机巷设计走向长度1952m，机巷对应标高-580~-660m；瓦斯绝对涌出量3.2m3/min，相对涌出量20m3/t，爆炸指数33.46~38.43%，属典型的突出危险工作面；
　　工作面所采煤层为己15煤层，厚度为1.6～2.3m，平均厚度在2.0m左右。己16煤厚1.2～1.4m，东部己15.16合层，工作面煤层结构单一，厚度稳定，煤层倾角12°～24°，一般倾角为14°左右。
　　表1煤层顶底板情况表
　　                
　　3 巷道支护设计
　　3.1支护机理
　　按照巷道围岩松动圈支护理论，巷道的支护对象是塑性区的岩石重量，而围岩的变形可分为峰前弹性变形区、弹塑性变形区、峰后滑移变形区、峰后无约束流动区。支护的主要目的是控制围岩的有害剪胀变形，尤其是将剪胀变形控制在“剪胀一期”的末段或者“剪胀二期”的初段，而让压锚杆就是在安装时利用单体锚杆钻机配扭矩放大器将锚杆的初始安装支护阻力直接达到120Nm，然后利用杆体的弹性变形和让压管的变形（让压管让压点的起始载荷为156.8-166.6KN，让压长度不小于15mm），在让压管让压过程中，锚杆给围岩的支护阻力相对稳定的保持在160KN左右，这样，既保证了锚杆杆体不被迅速达到屈服载荷，又给围岩保持了一个相对高值的支护阻力，从而使围岩的变形控制在“剪胀一期”及“剪胀二期”之间，抑制了岩石间碎胀变形的发生，从而保持巷道围岩的相对稳定。
　　3.2支护设计
　　巷道设计净宽4.5m，净高3.0m，顶板根据巷道支护原理，再采用工程类比法，与原己15-24060机巷施工进行工程类比，确定锚杆支护参数如下：
　　顶板：顶采用ф22mm长度2200mm的左旋高强度螺纹钢让锚杆，8#冷拔丝金属网，采用ф16mm螺纹钢焊接的对接钢筋梯子梁，规格为长(2800mm+1800)*孔840mm，锚杆间排距850mm*800mm。锚索采用ф17.8mm*6.3m长高强度底松驰粘结式钢绞线，大五花布置，间距2.2m，排距1.6m。顶锚杆采用28500中速树脂锚固剂2卷，锚索采用4卷。
　　帮：采用ф20mm,长度2000mm的等强螺纹钢锚杆，机织网，锚杆间排距850*800mm,每眼两卷28500树脂锚固剂2卷。
　　支护断面图
　　             
　　4锚杆安装及检验方法
　　4.1安装步骤
　　打孔，用锚杆机打2140mm（顶）的钻孔，把树脂药卷和锚杆推入规定的孔位。利用锚杆和锚杆搅拌器通过锚杆机的上推力把树脂推入孔中直到锚杆离顶板400mm左右。注意在上推树脂时严禁旋转，严禁把托盘死死压在顶板上，③完成第2步后，迅速旋转锚杆搅拌15-40秒（旋转搅拌时不要施加上推力，然后顺势上推锚杆使托盘贴近顶板（托盘离顶板的间隙5mm左右），④完成搅拌后停止30-40秒钟左右让树脂充分凝固，⑤上紧螺母，旋转搅拌器上紧螺母，在紧螺母时应给最大扭矩而不要施加上推力以最大限度的上紧螺母，⑥用扭矩放大器，进一步上紧螺母，达到规定的安装应力。
　　锚杆安装可以总结为：一推（推树脂入孔到规定位置），二转（旋转搅拌树脂），三停（停，树脂完成初凝），四紧（紧固螺母）。在安装过程中要严格按安装步骤。否则会出现“长尾锚杆”或打不开阻尼现象。这会大大影响锚杆支护效果甚至失效。
　　4.2锚杆安装质量检查标准
　　合格的锚杆安装应该满足的标准：①充填阻尼必须全部脱落，否则锚杆无法达到安装载荷，②塑料垫圈必须溶化掉，③锚杆外露长度控制在30~50mm，④用扭矩扳手检验，扭矩不能低于120N•m。
　　5巷道支护效果
　　为了掌握锚杆支护巷道围岩活动规律、支护效果，为今后进一步改进和优化锚杆支护参数提供第一手资料，在巷道掘进过程中对围岩表面位移、顶板离层情况进行监测，监测发现掘进120d后通过巷道加装的离层仪观测，下沉量为33mm，两帮相对移近量小于240mm,巷道基本不需维修。因此，采用让压锚杆+锚索联合支护能有效的阻止巷道离层、控制围岩变形。
　　6结束语
　　（1）、新型让压锚杆在己15-24080机巷应用的成功，为大埋深（900m）高应力支护技术研究提供了成功的范例，具有一定借鉴意义。
　　（2）、采用让压锚杆、让压锚索、钢带、网联合支护，既加固了围岩，又给锚杆提供了可靠的着力基础，提高了岩层的自承和承载能力，有效地控制了巷道围岩的早期离层和动压的剧烈影响，可满足围岩变形激烈、松动范围大、受动压影响巷道的支护要求，是刚柔并济的主动支护形式。
　　(3)、新型让压锚杆加锚索组合支护，打破以往顶板差、锚杆间排距加密布置的惯例，取得比加密锚杆更为明显的效果，改变了一种“锚杆越密支护越可靠”的观念具有很强的变革意义。
　　参考文献
　　⑴陈炎光，陆士良，侯朝炯。中国煤矿巷道围岩控制.徐州：中国矿业大学出版社，1994
　　⑵侯朝炯，郭励生，勾攀峰.煤巷锚杆支护。徐州：中国矿业大学出版社，1999