预应力锚固高强度锚杆锚索组合支护系统在煤巷的应用:锚杆锚固力

　　【摘 要】针对山西高河能源有限公司E1305胶带顺槽综掘施工，掘进期间的地质条件变化较大，顶板及围岩局部较为破碎，裂隙极其发育，采用预应力锚固高强度锚杆锚组合支护系统，来对巷道顶底板和两帮进行支护，通过矿压观测，采用这一技术能够对巷道围岩变形得到很好的控制，从而提高了巷道的掘进效率。
　　【关键词】预应力；高强度锚杆锚索；煤巷
　　1.概况
　　山西高河能源有限公司3#煤层平均厚度为6.77～7.00m，倾角2～14°。煤层之上为泥岩伪顶，厚度0.54—0.9m，灰黑色，厚层状，均匀层理，见大量植物化石；泥岩之上为粉砂岩—细砂岩泥岩直接顶，厚度0.90—1.46m，灰色—深灰色，中厚层状，波状层理，小型交错层理发育，含云母碎片，见少量植物化石；砂岩之上为16.50—18.50m厚的细砂岩老顶，灰色，中厚层状，成份以石英为主，长石次之，含云母碎片，平行层理，泥质胶结，分选中等；煤层之下为直接底泥岩-粉砂岩，厚为0.72—2.04m，深灰色—黑色，中厚层状，均匀层理，小型交错层理发育，见大量植物化石；泥岩-粉砂岩之下为老底，为2.30—3.52m厚的中砂质泥岩—细砂岩，灰色—灰黑色，成份以石英为主，长石次之，波状层理，含泥质包体。
　　2.支护设计
　　E1305胶带顺槽开口位置位于E1305胶带顺槽停掘处，施工以方位角180°沿底板施工。E1305胶带顺槽断面为矩形，掘宽5000mm，掘高3600mm，S（掘）=18m2；净宽4800mm，净高3500mm，S（净）=16.80m2。
　　2.1支护形式
　　（1）顶板支护：
　　锚杆杆体为高强度左旋无纵筋螺纹钢锚杆，规格为Φ22-M24-2400mm。锚杆布置方式为等间距布置，每排6根，间距900mm；中间锚杆全部垂直顶板布置，两肩角锚杆与垂线分别不小于10°外斜布置，分距巷帮250mm，排距为900m。金属网采用10#铅丝制作，网格为50×50mm经纬网，规格为5200×950mm（长×宽），双筋梯子梁：Φ14-6-900-4800mm。锚杆配件采用高强锚杆螺母M24×3，配合高强托板调心球垫和尼龙垫圈， 采用弧形高强度托盘170×170×12mm。
　　锚固方式为树脂加长锚固，采用一支K2335和一支Z2360型树脂药卷锚固。锚索材料为Φ18.96mm，高强度低松弛预应力钢绞线，长度8300mm，钻孔直径30mm，采用一支K2335和两支Z2360低粘度树脂药卷锚固。锚索托盘采用300mm×300mm×16mm高强度托板及配套锁具。锚索布置为间排距为1600×1600mm，隔排3根布置，打设于锚杆架间如图1所示。
　　（2）两帮支护：
　　锚杆形式和规格为杆体为高强度左旋无纵筋螺纹钢锚杆，规格为Φ22-M24-2400mm。锚杆布置方式为等间距布置，每排每帮5根，间距800mm；中间锚杆全部水平布置，帮上、下部锚杆分别上、下斜10°布置，距顶、底板分别为200mm，排距为900m。锚杆配件采用高强锚杆螺母M24×3，配合高强托板调心球垫和尼龙垫圈，采用弧形高强度托盘170×170×12mm。锚固方式采用一支K2335和一支Z2360型树脂药卷锚固。金属网采用10#铅丝制作，网格为50×50mm经纬网，规格为3500×950mm（长×宽），梯子梁：Φ14-3-800-1800mm如图2所示。
　　3.施工工艺
　　3.1顶锚杆施工工艺
　　（1）标眼位：临时支护将顶、迎头背实绞牢后，根据设计位置利用卷尺或等杆标定眼位，并把眼口刨平。
　　（2）打眼：扶钻工用左手抓住处于直立状态的锚杆机护手板，右手将1.2m钻杆插入钻机夹盘，操作者抓紧锚杆机T型把手，然后顺时针旋转支腿控制钮，直到钻尖对准眼位，然后慢慢给马达控制板机加压，当钻尖钻入顶板后，操作者用右手拇指逆时针旋转水控制阀，钻杆同时溢水冲涮清孔，钻孔到位后，下缩钻机并关水。如此完成2.4m钻杆打眼。
　　（3）安装锚杆：先把托板、尼龙垫、球垫螺母及搅拌帽安在杆体上，再把2支树脂药卷依次装入钻孔并用杆体将药卷送到孔底，然后边推进边搅拌，搅拌时间控制在15—20S，中途不得间断，直到将锚杆送入孔底。
　　（4）紧固锚杆：卸下搅拌器，等待1分钟，待验收员量取中线调整梯子梁位置，退下搅拌帽后使用钻机旋紧螺母。
　　（5）施加预紧力：接通风动锚杆预紧扳手或倍力板手逐一对顶锚杆施加预紧力至规定标准。
　　3.2帮锚杆施工工艺
　　（1）刷帮：人工采用洋镐或尖棍把待支护两帮进行刷齐、刷平（片落形成的塌陷随平）。
　　（2）铺联网：并将帮顶帮网片按规定合理搭接、扣扣相联。
　　（3）打眼：标出帮眼位，一人将钻杆对准眼位与风钻，然后放开钻杆，打眼时，有一人操作风钻一人在一侧用管对准眼位洒水。另一人操作风钻将帮眼打设至规定要求并清净眼底煤粉。
　　（4）安装锚杆：刨平眼口并把搅拌帽拧在杆体上，再把树脂药卷装入钻孔，安好梯子梁后用锚体将药卷送入孔底，然后边推进边搅拌，直到将锚杆送入孔底。
　　（5）紧固锚杆：卸下搅拌器，等待1分钟，拆下搅拌帽待验收员量取腰线调整梯子梁位置，带全锚杆附件并使用风动锚杆预紧扳手或倍力板手逐一对帮锚杆施加预紧力至规定标准。
　　（6）破碎、帮部片帮严重，则帮部锚杆（索）紧跟工作面打设。
　　3.3锚索施工工艺
　　（1）钻孔：人员站在留煤台阶上，一人扶钻机并接长钻杆，一人负责操作钻机。两人密切配合按顶锚杆打眼工艺逐根接好钻杆将钻孔打设到要求，然后下缩钻机逐根卸下钻杆。
　　（2）安装锚索：按序将3根树脂药卷装入钻孔，并用锚索将药卷送到孔底后，用搅拌器将锚索与钻机连接起来并拧紧载丝，1人扶钻，保持钻机与钻孔成一直线，一人开动钻机边推进边搅拌将锚索送入孔底，等待2分钟后回落钻机，卸下搅拌器。
　　（3）涨拉锚索：待树脂药卷锚固至少20分钟后，在锚索下搭设牢固工作台。依次安装好托板、球型垫及锁具，并使它们紧贴顶板。然后挂上涨拉千斤顶，另1人微动油泵至压力表读数为2Mpa后停止涨拉，待人员全部撤至被涨拉锚索下方半径5m以外后，负责开泵人员方可继续涨拉。待油泵读数达到设计预紧力250KN以上停止涨拉，2 人上至工作台卸下涨拉千斤顶。若涨拉千斤顶行程不够时，必须停止涨拉，两人扶住千斤顶，将千斤顶回零，然后按上述方法继续涨拉到规定要求。 　　4.矿压观测方法
　　对E1305胶带顺槽掘进期间预应力锚固高强锚杆锚索组合支护系统进行了全面的矿压观测。在E1305胶带顺槽中，每个测站包括2个表面位移监测断面，1个顶板离层监测断面，一个锚杆受力监测断面。
　　（1）巷道表面位移测站每隔30m安设一组：采用十字布点法，安设表面位移监测断面如图3所示。
　　在顶底板中部垂直方向和两帮水平方向钻φ29mm，深380mm的孔，将φ29mm长400mm的木桩打入孔中，并在木桩端部安设测钉，两监测断面沿巷道轴向间隔0.6-1.0m。
　　在顶底板中部垂直方向和两帮水平方向钻φ29mm，深380mm的孔，将φ29mm长400mm的木桩打入孔中，并在木桩端部安设测钉，两监测断面沿巷道轴向间隔0.6-1.0m。
　　4.1巷道变形规律
　　在E1305胶带顺槽掘进过程中对巷道的表面位移，顶板离层，锚杆受力情况进行了观测。经过3个月的观测，基本上掌握了矿压的变化规律，通过分析，整理数据如表1所示。
　　表1 E1305胶带顺槽掘进过程中巷道围岩的变化情况
　　测站 移近量/mm 最大移近速度/mm.d-1 稳定移近速度/mm.d-1
　　两帮 顶底板 两帮 顶底板 两帮 顶底板
　　1 29.3 20.41 15.26 8.26 0.3 0.07
　　2 24.6 15.75 7.83 6.23 0.06 0.07
　　3 18.23 12.36 3.24 4.79 0.06 0.07
　　4 15.71 8.92 2.16 3.20 0.06 0.07
　　5 25.8 6.47 3.78 2.86 0.06 0.07
　　6 22.64 8.52 7.49 3.02 0.06 0.07
　　通过对表1监测数据的观测可以得出，E1305胶带顺槽预应力锚固高强锚杆锚索组合支护在巷道掘进过程中矿压有如下特征：
　　（1）E1305胶带顺槽采用预应力高强锚杆锚索有效的控制了巷道表面位移，两帮的最大移近量为29.3，最小移近量为15.71，顶底板的最移近量为20.41，最小移近量为6.47。
　　（2）顶板离层监测表明，锚固区内外顶板岩层位移之和最大为15mm，实践证明采用预应力高强锚杆锚索支护是合理的。
　　（3）锚杆受力情况为在巷道的两帮及顶板处进行了拉拔测试。两帮的锚杆端的锚固力大于60KN，而顶板锚杆的锚固力大于120KN，达到了设计要求。
　　预应力高强度锚杆锚索联合支护技术在E1305胶带顺槽的应用，使得巷道围岩变形量小，从而使巷道顶底板及两帮的安全系数显著增加。

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