B070208 柔性金属杆体锚杆支护试验

1、柔性金属杆体锚杆支护试验李冬红 李迎超 杨永强金牛能源股份有限公司东庞煤矿，河北 邢台 054201摘 要 介绍新型支护材料柔性金属杆体锚杆的首次工业性试验和在应用中需解决的一些关键性问题及对策。试验应用证明，该新型锚杆现场安装方便，快捷，具备并高于锚索的锚固性能，又兼备了刚性金属杆体锚杆简捷的安装特点，有利于提高顶板支护强度、增大支护安全系数，实现掘进工程的安全优质高效低耗。关键词 柔性金属杆体锚杆 井下工业性试验目前，国内各大煤矿广泛采用等强螺纹钢锚杆与锚索间隔交叉的支护工艺。这种支护存在一些问题，等强螺纹钢锚杆对于特殊地段（围岩条件差，在受回采动压影响严重的巷道、大断面硐室、交岔点以及断

2、层处）支护强度低、作用范围小，易发生冒顶事故，应用具有局限性；采用锚索加强支护影响安装速度及进尺，且必须有一套张拉设备，占用人工较多、操作较笨重，劳动强度大。为此，东庞矿组织开发柔性金属杆体锚杆（以下简称柔性锚杆），并自2004年3月开始在井下工业行进行试验应用。1 井下工业性试验2004年3月至2005年8月，东庞矿对柔性锚杆进行了大面积、长时间的工业性试验，试验地点分别在井下正在掘进的2608工作面上、下巷及三水平通风巷。1.1 巷道地质条件2608工作面所在煤层倾角为1015°，垂巷为1018°。煤层平均厚度，坚固性系数f值为12。直接顶为灰色及深灰色粉砂岩、泥质页岩

3、，厚度在1.8间，坚固性系数f值为35，较脆，含植物化石，厚度变化较大，且在左右夹泥岩薄层，遇水膨胀。老顶大部分为细砂岩或中细砂岩，层厚812m，坚固性系数f值为610，属于不稳定复合顶板，极易离层、冒落。掘进巷道宽×中高为×（m）。三水平通风巷为永久巷道，与2608工作面地质条件类似。所在煤层倾角为1020°，煤层平均厚度，坚固性系数f值为12。6.0m之间，坚固性系数f值为35；老顶大部分为细砂岩或中细砂岩，厚812m，坚固性系数f值为610。掘进巷道断面尺寸同上。以上巷道在东庞矿具有普遍性和代表性，巷道顶板具备中等稳定程度，裂隙中等发育。1.2 支护方法26

4、08工作面下巷试验段采取锚、梁、网支护。顶板采用4800mm长的柔性锚杆为折线式布置，即首排的前进方向左起第二根锚杆、相邻的第二排的前进方向左起第五根锚杆采用柔性锚杆，其余为普通锚杆。然后依次循环。柔性锚杆使用一卷S2360型和二卷Z2360型树脂锚固剂卷锚固，预紧力矩不低于100N·m。三水平通风巷的试验段在原锚、梁、网支护基础上加设4800mm长的柔性锚杆加强支护。柔性锚杆间排距为2000×2400(mm)，即每排布置两根，距巷中各1m，使用一卷S2360型和二卷Z2360型树脂锚固剂卷进行锚固。锚杆采用MQT-85C型锚杆钻机进行预紧，预紧力矩不低于100N·

5、;m。1.3 施工工艺1.3.1 正规作业循环掘进机进行割煤敲帮问顶临时支护钻锚杆孔安装树脂锚固剂卷和顶板锚杆 铺网、安设钢带梁安装其他顶板锚杆两帮支护下一循环。 锚杆支护完毕且达到锚索规定排距时，开始进行顶板锚索支护。1.3.2 柔性锚杆安装工艺将大托盘（在上）、小托盘（在下）及防松螺母按顺序安装到柔性锚杆尾段组装。用28mm钻头开孔，钻孔深度4800mm。将一卷S2360型和二卷Z2360型树脂锚固剂卷送入孔内，用柔性锚杆将树脂卷推至孔底。启动锚杆钻机均匀顶推柔性锚杆并进行搅拌。均匀搅拌30秒，使托盘接顶，停止旋转。等待5分钟后，旋转套筒使螺母预紧。1.4 矿压观测在2608工作面下巷设置

6、了4个围岩位移观测站，并对巷道用等强螺纹钢锚杆、锚索支护段与上述试验段的巷道表面收敛进行了观测，其结果进行对比，见下表。 巷道表面位移量统计 （单位：mm）巷道段观测时间顶、底板移近量两帮移近量顶板底板合计顶板底板合计锚杆、锚索支护段3.3187421291151072229250142110114224试验段75451201019719880431231011042082 应用效果分析试验段巷道共掘进了400m，期间未发生过任何片帮、冒顶事故，日平均单进为15m。采用锚杆、锚索支护段日平均单进为12m。2.1 技术效果柔性锚杆能对煤（岩）层形成很强的锚固力,以控制顶板来压,达到强化支护目的。

7、它使用安全，自锁性强，现场安装方便、快捷，既具备锚索的深度锚固性能，又有刚性金属杆体锚杆简便、快捷的安装特点。特别是在煤巷顶部使用，更能突显出其优越性。2.2 经济效益在东庞矿掘进工作面现场施工中，由于锚索不易及时跟头，不能对顶板及时进行大厚度支护，容易发生冒顶事故，柔性锚杆的研制成功可以改变这种现象。柔性锚杆对顶板进行大厚度及时支护，减少了迎头冒顶事故的发生。在中等稳定的地质条件下可不再采用补设锚索的方法来加强支护，减少了材料消耗，提高了掘进速度，确保了安全生产。由于使用了柔性锚杆，每100m巷道钻孔总长度减少480m，节省钻孔时间800分钟，总钻孔时间减少9.3%，同时省去了安设锚索的等待

8、时间，可使掘进速度提高10%左右。东庞矿2608下巷每100m使用100套锚索和750根顶板锚杆，材料费用59750元。每100m巷道使用柔性锚杆125根和普通锚杆500根，材料费用44375元。由此每100m巷道节约材料费用15375元。全矿年进尺约为13000m，其中煤巷11500m，80%巷道（9200m）适于用柔性锚杆支护，可节约材料费用141.45万元。结 论几个月的井下工业性试验表明，复合顶板采用等强锚杆、柔性锚杆联合支护，不仅显著改善了巷道维护效果，提高了巷道安全可靠性，而且降低了巷道支护成本。采用柔性锚杆及时对顶板进行支护，减少围岩暴露时间，减少顶板早期离层，工作效率高，支护效果好，从而提高了施工速度。柔性锚杆兼有锚杆和锚索的优点，安装工艺简单，实现了支护平行作业，提高了工作效率，同时增大了掘进施工安全系数。采用柔性锚杆能改变巷道支护状况，有利于巷道支护参数的优化设计，对于提高单产、单进、平衡采掘关系具有重大意义。柔性锚杆的使用将为矿区软弱围岩治理开辟新的途径，进一步提高巷道围岩加固效果，促进矿区软岩控制技术进步，降低巷道支护和维护费用，提高安全状况和掘进效率，降低劳动强度，提高矿井经济效益。该项目成果不