1概况

 

　　陈蛮庄煤矿煤层埋深在1000m以上。煤厚平均6.5m。主要矿井巷道工程布置在三层煤底板岩石和煤层中。由于地应力高和软岩的特性，巷道支护非常困难。

 

 

　　巷道为直墙半圆拱型锚网索喷支护。采用Ф22×2400mm左旋无纵筋螺纹树脂高强预应力锚杆，间排距800×800mm，巷道底板按45度角设底脚锚杆，单根锚杆采用2卷MSK2350树脂药卷锚固，托盘规格为150×150×10mm弧面蝶形钢板托盘，弧高30—40mm，锚杆锚固力不小于120KN，拧紧扭矩不小于200N.M。锚索采用Ф21.6×8200mm钢绞线，间排距为1600×1600mm，3～4卷msk2550树脂药卷锚固，采用300×300×16mm规格的钢板蝶形弧面托盘，厚度60～80mm，初锚力不小于280KN，锚索外露150—300mm。

 

　　3原支护系统分析

 

　　根据井下观测，原支护系存在下列问题：

 

　　锚杆安装预紧力：现场观测明显看出施工过程中锚杆预紧力不足。尽管设计中要求安装扭矩不小于200n.m。但一方面实际安装时无法做全面安装质量检测，无法保证每根锚杆都达到扭矩要求。另一方面，即使达到扭矩要求，锚杆的实际安装吨位也得不到保证。特别是全螺纹钢等强锚杆，200n.m的扭矩所转化成的安装载荷很低，一般不超过1.5吨。在所观察范围内，尽管巷道的变形量很大，但很少发现锚杆破断情况，显示锚杆支护方式并不合理，未达到对顶板变形控制的有效目的，特别是安装预紧力较低。

 

　　锚杆锚固力：原始设计“锚杆锚固力不小于120KN”，高强锚杆的承载能力可以达到25吨以上，而设计中规定的锚固力只有12吨，没充分发挥高强锚杆的作用。

 

　　锚杆托盘强度不匹配：托盘强度与锚杆强度不匹配，出现了有些锚杆受力后托盘“翻盘”现象，从而造成锚杆系统支护效率降低或失效。

 

　　锚杆托盘受力面积小：在巷道比较破碎或岩石较软时部分锚杆托盘压入岩面，说明部分巷道锚杆托盘尺寸不尽合理。

 

　　锚索预紧力不足：这主要表现为部分锚索锁具没有紧贴锚索托盘，托盘没能紧贴岩面。

 

　　设计锚索锚固力280KN，远小于钢绞线破断强度。

 

 

　　根据井下观察，支护巷道的破坏形式为典型的高地应力巷道破坏显现。要找出最合理的锚杆支护方式，对于应力高、围岩破碎的巷道，就要对围岩应力和破坏之间的关系探索。

 

　　锚杆支护方案的选择要符合以下几项要求：

 

　　4.1锚杆预应力要求

 

　　要高度重视锚杆的预应力，减少早期变形，延长破坏周期。发生过大的早期破坏，主要原因是预应力不足，引起顶板破碎，加大巷道破坏，锚杆支护作用减弱。为了加固节理裂隙，防止顶板离层，要早期及时临时支护。

 

　　4.2支护性能

 

　　对于地应力高、破碎围岩的巷道，要想提升支护强度，必须做到每根锚杆的支护强度达到设计要求，并与地应力高的围岩相匹配。

 

　　4.3表面控制

 

　　合理有效的表面控制，可以减轻围岩的碎胀变形程度，降低围岩风化的范围，保证支护系统的稳定性和可靠性，提高巷道的支护效果。

 

　　1）新支护系统目标：锚杆、锚索锚固力的提高；锚杆、锚索预紧力的提高；表面支护强度的提高；锚杆、锚索支护强度适中。

 

　　2）新型锚杆支护方案设计

 

　　锚杆选型：整体耦合应力高位让均压锚杆。

 

　　锚杆参数：Φ22×2800mm，Q600矿用高强螺纹钢，屈服强度为26t，抗拉强度为31t。

 

　　托盘参数：200*200*10mm高强球型托盘。

 

　　安装预紧力：6～8t。

 

　　让压装置：最大让压距离30mm，让压点17～20t。

 

　　钻孔直径：Φ32mm。

 

　　树脂锚固剂：采用msk2550锚固剂2支。

 

　　锚杆锚固力：大于锚杆破断强度。

 

　　3）锚索支护

 

　　锚索类型：整体耦合高位让均压锚索。

 

　　锚索直径：21.6mm×8200mm，最大破断力50t。

 

　　锚索预紧力：15t以上。

 

　　树脂锚固剂：K2550×1+Z2550×3。

 

　　钻孔直径：Φ32mm。

 

　　锚索锚固力：大于锚索破断强度。

 

　　让压装置：最大让压距离35mm，让压点26～30t。

 

　　锚索托盘：300×300×16mm的高强球型托盘。

 

 

　　通过对井底车场的观测，与之前支护强度和支护效果相比，研究成果显著，将直接指导井底车场和其他主要硐室的设计和施工，避免工程施工的盲目性、留下巷道返修隐患，保障工程质量，节省投资，提高工程施工效果；为后继大采深、高地压矿井的井底车场和其他主要硐室的支护设计和施工提供理论依据和技术指导；丰富和完善立井深部井底车场和主要硐室支护理论。