林西矿业公司高强大预应力锚杆支护研究应用实践

林西矿业公司高强大预应力锚杆支护研究应用实践

摘要：林西矿作为百年老矿，现已进入深部开采。由于深部开采地应力大，矿压显现复杂，使得巷道支护问题一直是影响矿井正常生产的瓶颈。多年来，虽然也在不断地进行支护改革，取得了一些成效，但是没有从根本上解决巷道支护的难题。巷道压力大，变形量大，维修量大，施工慢，不仅影响工作面的正常掘进，也给安全生产带来隐患。为解决大采深、高应力、强底鼓等复杂条件下巷道支护这一难题，经过实践总结出采用高强度、大预应力锚杆及其配套支护材料是解决深部大地压巷道支护成功的最有效的手段，并取得了良好效果。

关键词：高强大预应力锚杆支护研究实践

1 高强度、大预应力锚杆及其配套支护材料

1.1 支护机理

巷道开挖后，围岩中的应力状态由原来的三向应力转变为二向应力状态或低围压下的三向应力状态，此时顶板中垂直应力大为减小，水平应力急骤增大，这种应力分布状态，使巷道顶板稳定性大大降低。通过在顶板中镶入锚杆并对顶板施加一定的预紧力，使顶板岩层受水平应力作用时处于横向压缩状态，形成压力自撑结构，从而阻止顶板围岩体的破坏，消除离层，减缓两帮围岩的应力集中，达到维护围岩稳定的目的。新的岩梁厚度成倍的增加，使顶板对煤帮的压力扩散到煤体深部，控制住片帮，维护顶板的稳定。预紧力的大小之所以对顶板的稳定性具有决定性作用，是因为当预紧力增

大到一定程度时，可以使顶板处于横向压缩状态，形成预应力承载结构，这种锚杆实现了真正意义上的“主动支护”。充分强调和利用了预应力支护理念，利用高预应力支护手段，最大限度地控制顶板初期变形，消除或大大减缓了顶板离层，大大提高了围岩支护系统的安全可靠性和实际支护效果。

1.2 巷道基本情况

该区域位于8-10暗井对应地表位置以北1400米左右有石榴河通过，在林西矿业公司井田单斜区域构造块内，两侧均已经回采，下伏9煤层无采掘工程，上覆7煤层均已回采。顶板：老顶为粉砂岩，厚度3.2～4.2，黑灰色，以石英长石为主，具水平层理。直接顶为细粒砂岩，厚度4.2～5.1，以石英长石为主，泥质胶结易风化。底板：直接底为泥岩，厚度0.6～1.5，黑色，块状，易碎含植物根化石。老底为细沙岩，厚度1.7～2，厚层状，以石英长石为主，具水平层理。煤层：该区域煤层厚度变化较大，最大9.9m，最小1.5m，平均5.7m。

1.3 支护方式

单独采用锚杆、锚索支护，顶锚杆使用φ22×2400毫米高强大预应力锚杆，配4mw钢带，顶锚杆打6根；帮锚杆φ20×2200mm右旋等强锚杆，配φ16×1.8m钢筋架，根据煤厚情况，上帮布置3-4根锚杆，下帮布置2-3根锚杆。顶、帮锚杆间距均为0.8m，顶锚杆、帮锚杆树脂锚固剂均为k2333，每根锚杆装3卷。锚索为φ15.24

×7000mm，每4m在巷中打一根锚索，锚索每根装5个药卷。

2 巷道工程质量检测与矿压监测

工程质量检测与矿压监测是整个煤巷锚杆支护系统中不可缺少的重要组成部分。锚杆支护属于隐蔽性工程，支护设计不合理或工程施工质量不好都可能导致不安全事故的发生，因此，除了严格按设计和作业规程组织施工外，还必须进行施工质量的检测，同时，要及时监测巷道围岩应力的变化和锚杆受力及分布，从而为进一步完善和修改设计提供科学依据。

2.1 锚杆的工程质量检测

锚杆施工质量检测主要包括锚杆的锚固性能和安装质量。锚固性能主要指锚固力；锚杆安装质量主要包括锚杆预紧力、几何参数、锚杆外露长度、托板、钢带及金属网的安装质量。锚杆预紧力能否达到设计要求，是本次试验成功与否的关键。本次试验要求锚杆预紧力要达到5吨以上。为确保预紧力达到要求，在正式施工前，必须进行锚杆预紧力安装试验。试验方法是利用扭矩放大器配合锚杆测力计进行锚杆安装。具体操作程序是：搅拌完树脂锚固剂待其固化后，在锚杆尾部托盘下安装锚杆测力计，然后再上一平托盘，拧上螺母，用锚杆机带动螺母旋转，直到转不动为止，此时观察锚杆测力计读数，卸下锚杆机，在其钎套上安装扭矩放大器，再与锚杆螺母相连接，开动锚杆机旋转，螺母继续拧紧，直到转不动为止，再观察测力计读数，此时的读数就是锚杆安装预紧力。本次使用的扭矩放大器最大可达到10吨，安装成功，以后所有锚杆的安装就照此办理。锚杆预紧力检测采用扭矩扳手进行。可采用山东科大中

天电子有限公司的300n.m声控扭矩搬手进行检测时，扭矩搬手达到300n.m，螺母不动为合格。

2.2 锚杆巷道矿压监测

本次巷道支护试验的矿压监测，进行以下三个方面的监测内容：2.2.1 巷道表面位移监测。巷道表面位移是最常用的矿压监测内容。监测项目包括顶底板移近量、两帮移近量、顶板下沉量、底鼓量等。根据监测结果，可计算巷道表面位移速度、巷道断面收敛率，绘制位移量、位移速度与采、掘工作面位置与时间的关系曲线，分析巷道围岩变形规律，评价围岩的稳定性和支护效果。巷道表面位移常用的方法是十字布点法。巷道每隔100m布置一个观测站，每个观测站布置两个监测断面，两个监测断面相隔1m左右，测读ao、ab值和co、cd值，也可测量ac、ad、cb、db值。测量频度一般距采、掘工作面50m内，每天测取一次读数，其他时间每周观测1-2次。根据围岩稳定性情况，也可根据实际需要，加密或加大观测间隔时间。

2.2.2 巷道顶板离层监测。巷道开挖后，围岩产生变形，顶板出现下沉。由于顶板不同深度的位移是不相同的，一般浅部岩层的位移较大，深部岩层的位移较小，导致浅部岩层与深部岩层出现位移差，顶板的这种位移差即称为顶板离层。测量锚杆支护巷道锚固区内外顶板离层大小，对评价锚杆支护效果和巷道安全程度具有重要意义。监测顶板离层常用顶板离层指示仪。离层指示仪一般带有一个深部锚固基点和一个浅部锚固基点，分别监测巷道表面与浅部基

点之间、浅部基点与深部基点之间的相对位移。浅部基点设置在锚杆端部位置，深部基点设置在比较稳定的深部围岩中。基点固定采用弹簧爪式结构，测量钢丝与固定基点和测读装置连接，测读装置由两个贴有反光膜和带有刻度的圆管组成，采用一个套管插入孔中，作为测读装置的基准点。

2.2.3 锚杆受力监测。锚杆受力监测是巷道矿压监测的重要内容，通过监测锚杆体受力的大小与分布，可比较全面地了解锚杆的工作状况，锚杆支护设计是否合理，锚杆是否发生屈服和破断，根据监测数据提出对锚杆支护设计的修改建议。采用液压式、锚杆测力计。液压式锚杆测力计主要由一个带圆孔的液压枕与压力显示表组成。安装时，将液压枕的圆孔套入锚杆，置于锚杆托盘之下，再加一托板，拧紧螺母即完成安装。锚杆受力后挤压托板，托板将压力传递到液压枕上，引起液压枕内油压升高，然后从压力表上可以直接读出数据，即锚杆尾部承受的拉力值。

3 结语

该公司通过推广应用高强度、大预应力锚杆技术，有效的解决了深部巷道支护困难、破坏严重、维修量大的难题，保证了巷道的安全稳定，减少了巷道维修和套修量，降低了巷道综合支护成本，取得良好的经济和社会效益。

参考文献：

[1]张子璧.合肥市深基坑支护形式的选择与应用[j].价值工程，2012（35）.