专题-巷道过断层处的超前支护.doc

1、专题部分巷道过断层处的超前支护摘要：在巷道掘进中经常会遇到断层、破碎带等复杂地质因素，既降低掘进速度又易引发事故的发生，影响了矿井的正常生产文章在研究超前支护机理的基础上，在吕家坨西矿新井过断层带采用管缝式锚杆做超前支护，有效的防止了顶板冒落，成功的通过的多个复杂的地质构造，提高了掘进单进，确保了快速安全的施工缓解了开拓岩巷的紧张局面，总结了开拓巷道过断层带的成功经验。关键词：岩巷 断层带 管缝式锚杆 超前支护Application of Advance Rockbolt Shoring Technology in Fault DriftAbstract：Often may come acro

2、ss complicated geology factors such as fault，broken belt in tunnelling，8hregularity having happened，affecting produces now that lessening driving speed is easy to initiate an accidentOn the article basis in the mechanism studying the advance shoring，the middle piece has applied the advance rockbolt

3、shoring technology to Ma He coal mine一150 ms level Nanjing University alleyCarry out acertificate，adopt the advance rockbolt shoring to be able to accelerate driving speed，e18uge safety at work and saving driving costKeywords：advance shoring；fault；advance rockbelt；drift吕家坨矿业分公司是开滦能源化工股份有限公司（上市股份制公司）

4、的两个分公司之一，位于河北省唐山市古冶区境内，西距唐山市18km，北距古冶镇9km。现在矿井生产能力为300万吨/年，为开滦能源化工股份有限公司主力生产矿井之一，目前主采一水平8号煤层，厚度7.8米，倾角7-13度，煤层结构简单，属于稳定煤层。现在阶段进行一水平的岩巷开拓及回采准备工作，井田内有两条较大断层带，1号断层带落差94米，分4次完成，依次过落差为43m,15m,6m,30m的断层。掘进36m过完，揭露岩性为黑色泥岩，层面含大量植物茎部化石及白云母碎片，随采随落，厚0.3-0.5米，黑色及深灰色砂质泥岩或泥岩，厚3.5m，普式系数F=6.37；黑色砂质泥岩，厚2.8m。1.巷道过断层的

5、超前支护技术1.1超前支护的材料及机具巷道超前支护技术采用管缝式锚杆由2.5mm厚的钢板卷制而成，长度1.8m，外直径32mm，缝宽12mm。使用YT-24型气腿式凿岩机打锚杆眼。配一字形直径32mm钻头。锚杆安装施工采用自制的专用锚杆推进器（用短钎杆制作，一头是标准钎尾，安装在气褪式凿岩机机头卡套上。短钎杆上套一个用15mm厚的钢板制作成的圆形顶盘，直径80mm）。1.2超前支护的机理及参数每次掘进前，在工作面拱形支架联梁上方紧贴棚梁向工作面斜上方打超前支护锚杆眼，眼深不小于锚杆长度，打好一个眼后，及时安装一根锚杆。锚杆仰角为2030度，间距0.30.4米，按中线对称布置。锚杆超前控顶长度至

6、少大于每个循环掘进长度0.3m以上，超前控顶宽度至少大于巷道宽度2/3以上。工作面爆破后，由于管缝式锚杆仍然有一部分锚固在原岩里，锚杆尾部紧贴棚梁并被棚梁拖住，使得锚杆起到能锚固围岩，控制顶部岩层的作用。采用管缝式锚杆做超前支护，由于锚杆超前控顶大于每个循环掘进长度，爆破后，锚杆顶部仍有一部分锚固在岩层里，使得锚杆不能转动，并且具有一定的锚固力；同时锚杆尾部又被棚梁紧紧拖住，使得每根锚杆都起到护顶作用，保证了顶部岩层的稳定。在过断层的巷道中施工，超前锚杆支护是一种新型支护结构，其目的是对开挖面前方的不稳固围岩进行预先加固，以防止围岩在开挖后坍塌。分析和总结了国内外学者关于断层破碎带超前支护理论

7、的各种研究成果，认为超前锚杆支护机理应为：在巷道未开拓前，由于内部各方向应力平衡，破碎体处于稳定状态。巷道开拓后，巷道方向的应力被解除，破碎体因受到一个指向巷道的应力(顶板压力)的作用而处于不稳定状态，逐渐产生离层，直至整体垮落。在巷道未开拓前，预先向破碎体内部打人多个锚杆，通过锚杆的锚固作用，一方面自身形成了一个有一定强度和刚度的块体(梁)，使块体内部的破碎岩层不产生或产生较小的离层，防止了破碎岩体的风化和开裂扩展，使整个块体自身达到稳定状态；另一方面，破碎岩石块体通过超前锚杆锚固力作用与直接顶或老顶形成一个整体，从而发挥了增强岩体自承能力，达到支护的目的。1.3原计划支护参数：顶板每排采用

8、20L2400mm的高强度螺纹钢锚杆5根，间距1.0m，排距1.0m树脂药卷加长锚固，每根锚杆采用K2360，Z2360各一支，锚固长度1.4m，铺设金属网和14mm圆钢焊的长4.2m钢筋梯子梁。锚索加强支护为每隔4.0m布置一根15.24mm的小孔径应力锚索，锚索孔深度为7.0m，锚索长度为7.3m，每根锚索采用的树脂药卷为K2360一支，Z2360二支，锚固长度1.7m，每根锚索采用一块0.4m长的18号槽钢；两帮支护采用20L2000mm的A3圆钢锚杆，每帮4根，间距0.9m，排距为1.0m。树脂药卷加长锚固，每根锚杆采用K2360一支，锚固长度0.7m，两帮均铺设金属网和14mm圆钢焊

9、制的长2.8m的钢筋梯子梁。帮顶角锚杆上扬20度角打设。1.3.1过断层段支护参数调整1）帮顶锚杆排距缩小为0.8m；2）锚索排距缩小2.4m，并且每排1根增加为每排2根；3）每超高，超宽0.3m，帮顶分别补设1根锚杆加强支护。1.3.2技术要求1）控制巷道成形。由于过断层段煤体松软，易造成片帮，高顶，对割煤成形要求较高。要求掘进机司机尽量控制割煤的速度，缩小空顶距。对割煤成形不到位的要使用洋镐进行刷帮；2）锚杆打设。帮顶锚杆严格按照设计要求控制间排距，预紧力要求达到150N.m；3）锚索安装。锚索每排打设2根，间距2m，张拉预紧力要求达到35MPa-40Mpa（140KN160KN）。4)对

10、宽帮，高顶的控制。遇到宽帮高顶情况，第一：必须在原支护中间加打锚杆成五花眼布置；第二：在窝头打设超前锚杆对下一循环的帮顶进行预控；第三：下一循环缩小排距为0.6m。1.4施工工艺巷道掘进采用耙斗式装岩机出矸，每班架2棚（棚距500mm），进尺1m。金属拱形支架采用U25型钢制作，梁与腿搭接0.4m，搭接处上2根铁拉杆。为保证支架的整体性，支架间不少于3根铁拉杆（正顶布置1根）。支架背后挂金属大眼网。施工顺序如下：图2 断层破碎带超前锚杆施工工艺流程开工前检查工作面安全情况（工作面敲帮问顶）延长中腰线布置超前芝糊锚杆眼，工作面炮眼打超前支护锚杆眼，安装锚杆打工作面上半部炮眼装出岩矸打工作面下部炮

11、眼装药，联线，放炮出矸挖棚腿柱窝架设支架背帮背顶。巷道中针对断层破碎带掘进要严格按照“锚杆超前、缩短开挖、不(弱)爆破、强行支护、尽快封闭”31的施工原则进行临时支护。为确保围岩稳定和施工安全，采取了超前锚杆+金属支架+挂金属网加喷混凝土的方式施工，首先进行超前锚杆支护，在超前锚杆的护顶下，下部放炮，上部采用凿岩机或风镐挖掘，出矸后马上对此循环进行梁网喷支护。超前锚杆的末端直接支撑在金属支架上，具体施工位置是在紧贴迎头处，倾斜向迎头打锚杆眼，并保证杆与顶板夹角在2025。问，使其尽量向迎头方向锚倾斜，增大控顶长度，但角度不可过小，以保证锚杆与顶板的结合效果。1.5我国高强度树脂锚杆与锚索支护系

12、统高强度锚杆的主要作用是：增加了锚固岩体强度，提高了锚固可靠程度，改善了锚杆受力状态。如表1：表1 普通锚杆与高强度锚杆技术性能指标1.5.1锚杆杆体材料普通圆钢锚杆, 强度低、刚度低, 支护效果差, 安全得不到保证. 为从根本上改变锚杆支护材料落后的局面, 开发了锚杆专用钢材, 达到高强度和超高强度级别. 杆体设计为左旋无纵肋螺纹钢筋, 杆体公称直径为1825 mm, 杆尾螺纹段采用滚压工艺加工. 锚杆杆体力学性能见表1.强力锚杆是指杆体屈服强度大于600MPa、破断强度大于800MPa、杆体破断力为300 kN的锚杆. 对于直径22 mm的BHRB600型钢筋, 屈服力达23516 kN,

13、 破断力达31116 kN, 是同直径普通圆钢的2116倍; 对于直径为25 mm的强力锚杆, 屈服力达300 kN 以上, 破断力达400 kN以上, 真正实现了高强度.1.5.2树脂锚固剂树脂锚固剂为高分子材料. 由于其粘结强度大, 固化时间快, 安全可靠性高, 已广泛应用于煤巷锚杆支护. 我国在树脂锚固剂配方改进和生产技术方面做了大量工作, 现已经形成系列产品,主要性能指标均达到世界先进国家的要求. 锚固剂尺寸有多种规格, 从直径划分, 常用的有23, 28,35 mm; 从长度划分, 常用的有300, 330, 350, 450, 500, 600, 660, 750, 880 mm等

14、.1.5.3 钢带W型钢带是利用带钢经多组轧辊连续进行冷弯、滚压成型的型钢产品. 由于带钢在冷弯成型过程中的硬化效应, 可明显提高型钢强度. 冷弯成型出材率高( 98% ) , 与冲压及热轧型钢相比, 可节约钢材10%30%. 根据我国煤矿井下巷道的具体情况, 制定了我国矿用W型钢带标准(MT/T861 - 2000). 在井下使用时, 可根据巷道的具体条件, 选择不同参数的W型钢带.为了与强力锚杆配合, 又设计了厚度为5 mm的高强度、高刚度W型钢带, 其破断载荷高达500 kN,同时, 刚度也大幅度提高, 组合与护表能力大大增强.1.5.4小孔径树脂锚索锚索具有锚固深度大、承载能力高、可施

15、加较大预紧力的特点, 可获得较理想的支护效果, 是目前最可靠、最有效的一种手段 9 . 针对煤巷特点, 煤炭科学研究总院开发出小孔径树脂锚固预应力锚索. 其最大特点是采用树脂药卷锚固, 可以像安装普通树脂锚杆那样用锚索搅拌树脂药卷进行加长锚固. 安装孔径仅为28 mm, 用普通单体锚杆机即可完成打孔、安装. 树脂药卷固化时间快, 锚索能及时、快速承载.最早使用的小孔径树脂锚固锚索直径为15124 mm, 使用过程中发现这种锚索索体直径偏小, 与钻孔直径不匹配, 索体破断载荷小, 经常出现拉断现象. 针对上述问题, 北京开采研究所联合有关单位, 又开发了大直径、高吨位锚索, 并形成了系列产品.

16、锚索索体直径从15124 mm增加到1822 mm, 其中直径20, 22 mm的锚索为强力锚索, 不仅显著提高了索体的破断力, 而且使索体直径与钻孔直径的配合更加合理. 如22 mm的强力锚索索体的破断力达600 kN, 是15124 mm索体破断力的213倍. 强力锚索已经在高地应力巷道、特大断面巷道、受强烈采动影响巷道等困难条件得到应用, 取得良好的支护效果.1.6采用管缝式锚杆做超前支护的优越性1.6.1具有很强的可操作性由于顶板岩石强度较大，采用撞锲法很难打入，经实践证明，采用管缝式锚杆做超前支护操作容易，锚杆方向和角度也很容易掌握，而且施工速度快。1.6.2劳动强度低打锚杆眼使用YT-24型风钻，安装锚杆使用自制专用推进器，与传统撞锲法相比，大大减少了劳动强度。1