深井高应力区岩巷高抗剪锚杆耦合让压支护技术

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1、深井高应力区岩巷高抗剪锚杆耦合让压支护技术安伯义(新汶矿业集团公司华丰煤矿，山东泰安271413)摘要针对华丰煤矿特殊的地质采矿条件，确定巷道支护系统的各种参数及支护系统的合理工况点，研发了高抗剪锚杆、锚索耦合让压支护系统，经在六水平矸石井车场通道应用，控制了巷道变形，取得了理想的支护效果。关键词高抗剪让压锚杆高预应力耦合让压鸟窝锚索支护体系高抗剪体材料中图分类号TD353+．6文献标识码B华丰煤矿－1100m水平地质条件具有埋藏深度大于1200m、围岩应力高、岩层倾角大、具有软岩特性的特点，为解决巷道支护问题，华丰矿进

2、行了深井大倾角高应力区岩巷高抗剪锚杆耦合让压支护技术研究应用，保证了巷道的支护效果。1高应力区岩巷高抗剪锚杆耦合让压支护系统设计1．1围岩—应力变形关系及支护系统合理工况点的确定1．1．1围岩应力与变形曲线根据华丰煤矿的采矿地质条件，用有限元数值模拟方法得到围岩应力和变形特性曲线图，围岩应力和变形特性曲线分为三个区:A区(围岩弹性变形区):此区域内，围岩处于弹性变形阶段，围岩保持完好、变形小。在此区域内增加支护强度不能明显改善围岩变形。为了经济合理地支护巷道，支护体的工况点应设在低位(105t/m)，锚杆支护系统最小让压

3、距离为35mm。B区(围岩弹塑性区):此区域内，围岩基本处于弹塑性变形阶段，围岩基本保持稳定，弹塑性变形区没有超过锚杆的支护范围，锚杆系统仍然起到支护作用。在此区域内，支护强度的微变将引起变形的剧烈增加。C区(围岩破坏区):此区域内，围岩破坏，支护系统承受破碎岩石的静载荷。随着破坏区域的增加，载荷增加。对于锚杆支护，如果锚杆系统的支护范围小于破坏范围，则锚杆系统受力将变为0，彻底失去其支护作用，锚杆支护系统将和围岩一起移动。根据围岩应力和变形特性曲线研究，支护系统的工况点确定如下:最小支护强度:105t/m;巷道围岩位移

4、:35mm;锚杆系统的允许变形:35mm。1．1．2合理锚杆支护系统特性曲线设计—第四代锚杆锚杆特性曲线设计必须满足围岩应力变形特性曲线的特点。根据华丰煤矿围岩应力特性曲线，锚杆体设计了耦合变形让压装置，耦合让压锚杆比普通高强锚杆保证了锚杆的工况点在弹性范围之内、锚杆强度让压安全系数大。1．2高抗剪锚杆、锚索耦合让压支护系统研究1．2．1支护系统耦合设计锚杆和锚索是由不同性质的金属材料制造而成，2)矸石充填开采二采区浅部实施矸石充填的2202东、2202西、2403东工作面，地面最大下沉值为343mm;充填工作面最大下沉

5、值小于方案设计值。(3)螺旋钻开采实施螺旋钻采煤工艺的2404东、西钻采面及1704、1705钻采面其上方地表相对应观测线最大下沉值为:10mm。(4)煤层气化实施煤层气化工艺的3203、3403气化工作面其上方地表相对应观测线最大下沉值为:35mm。上述实施多元化开采区域内，汶河大桥及地面各类繁杂密集建筑物均能保证安全使用，地面建(构)筑物均未出现任何斑裂损坏现象，解决了长期困扰煤矿企业的工农关系紧张问题3．2多元化开采实施后的经济效益通过开采方案实施，盘活并回收煤炭资源144．2万t，可获得效益14400万元。同时，

6、地面建(构)筑物仅出现轻微的Ⅰ级采动影响，为矿井节省约2537万元的修复赔偿资金;两项共计:14400万元+2537万元≈16937万元，取得了开采与保护共赢的效果。4结论针对鄂庄煤矿上述三个采区2、4、7、15煤层实施多元化的综合开采方案进行煤炭资源回收，经济上合理，技术上可行。通过观测站的建立，求得了切合实际的经验参数，既最大限度地延长了矿井服务年限，提高了煤炭回收率，又保护了地面各类建(构)筑物，丰富了“三下”开采技术，对今后类似地质赋存条件的“三下”开采具有借鉴意义和推广价值。两者的延伸率差别很大，因此，必须采取

7、耦合措施使锚杆和锚索实现变形和载荷耦合协调，达到共同支护围岩的目的。图1为耦合让压锚索整体结构(a)和局部结构(b)。根据设计需要，锚索的耦合让压点、让压距离可以调整达到与锚杆耦合。图1耦合让压锚索1．2．2锚杆支护系统与支护参数研究设计对于采深大、水平应力高、断面大、服务年限长的大变形巷道，锚杆支护参数的设计应满足下列原则:(1)锚杆的安装应力应能控制围岩早期变形;(2)支护强度与高地应力相适应，尤其是华丰煤矿试验巷道的围岩水平应力高，提高支护体的抗剪强度;(3)锚杆具有控制让压耦合变形性能，保证每根锚杆受力均匀和防止

8、锚杆因过度载荷破断;(4)合理有效的辅助支护与锚杆支护系统形成一个整体，保障巷道支护的长期有效性和稳定性，适应地质和采矿条件的变化。1．2．2．1锚杆长度设计根据实测数据，巷道顶板的莫尔库仑安全系数SF大于1．2的范围被认为是安全的，SF小于1．0的范围是不稳定范围，SF在1．0～1．2之间，岩层稳定但不安全。对于不