胡文強(qiáng)

（山西焦煤西山煤電集團(tuán)，山西 太原 030053）

錨、梁、網(wǎng)、錨索補(bǔ)強(qiáng)的組合支護(hù)技術(shù)在鎮(zhèn)城底礦的應(yīng)用

胡文強(qiáng)

（山西焦煤西山煤電集團(tuán)，山西 太原 030053）

針對(duì)西山鎮(zhèn)城底礦2、3號(hào)煤層圍巖變形量大的松軟復(fù)合頂板回采巷道，應(yīng)用錨、梁、網(wǎng)、錨索補(bǔ)強(qiáng)的組合支護(hù)技術(shù)，控制了復(fù)合頂板回采巷道圍巖的強(qiáng)烈變形，解決了松軟復(fù)合頂板回采巷道支護(hù)的技術(shù)難題，實(shí)現(xiàn)了煤巷安全高效掘進(jìn)。

松軟復(fù)合頂板；巷道；組合支護(hù)；應(yīng)用

鎮(zhèn)城底礦位于古交礦區(qū)西部，設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力150萬t/a。斜井-立井聯(lián)合開拓，主副井為斜井井筒，風(fēng)井為立井。礦井開采水平布置在+760m，位于10號(hào)煤層底板巖石中，用一個(gè)水平同時(shí)開采上、下兩組煤。根據(jù)井田內(nèi)煤層傾角不同，分別采用傾斜長(zhǎng)壁和走向長(zhǎng)壁形式布置綜采工作面。由于區(qū)內(nèi)褶曲和斷層較多，特別是主采煤層頂板多為炭質(zhì)泥巖與煤線互層，不穩(wěn)定，較松軟和易垮落，使回采巷道支護(hù)效果較差，給安全和有序生產(chǎn)帶來極大危害。西山鎮(zhèn)城底礦2、3號(hào)煤層松軟復(fù)合頂板回采巷道（尤其是瓦斯尾巷），原采用傳統(tǒng)的架棚支護(hù)存在巷道圍巖變形量大、支護(hù)效果差、費(fèi)用高等問題。為此，提出采用錨、梁、網(wǎng)、錨索補(bǔ)強(qiáng)的組合支護(hù)方案。

1 地質(zhì)條件

鎮(zhèn)城底礦22409工作面副巷和尾巷開掘在2、3號(hào)煤層中，巷道埋深250 m，采區(qū)地質(zhì)柱狀圖，見圖1。2、3號(hào)煤層平均厚度2.8 m，傾角2～9°，單向抗壓強(qiáng)度5.0 MPa，屬極不穩(wěn)定松軟煤層。直接頂為砂質(zhì)泥巖，厚度約12 m，單向抗壓強(qiáng)度52.2 MPa，部分巖層的單向抗壓強(qiáng)度僅為8.8 MPa；在厚約3.4 m的下位巖層中，夾有兩層厚度各約0.4 m的松軟薄煤層，構(gòu)成了一種極不穩(wěn)定類型的復(fù)合頂板。22409綜采工作面回采巷道直接頂為在中等穩(wěn)定以下的巖層中夾有兩層厚0.3～0.5 m極軟煤層的復(fù)合頂板，與一般中等穩(wěn)定以下的直接頂相比，巷道頂板變形增大20～34%，頂板破裂區(qū)深度增大23～83%。圍巖穩(wěn)定性差，變形破壞強(qiáng)烈，支護(hù)難度很大。

圖1 2、3號(hào)煤層及頂、底板巖層綜合柱狀圖

22409工作面尾巷與工作面副巷平行布置，相距30 m。由于工作面中部有一斷層與工作面斜交通過，破壞了煤層的連續(xù)性，使靠近邊界工作面變窄，變成22409-1和22409-2兩個(gè)工作面開采。

2 巷道支護(hù)設(shè)計(jì)

2.1 復(fù)合頂板錨桿-錨索聯(lián)合支護(hù)原理

針對(duì)復(fù)合頂板巷道圍巖破裂區(qū)分布和變形分布的特點(diǎn)，應(yīng)采用錨桿-錨索聯(lián)合支護(hù)形式，提出的復(fù)合頂板錨桿-錨索聯(lián)合支護(hù)原理由三部分內(nèi)容組成：一是共同加固圍巖提高錨巖支護(hù)體的承載能力；二是錨索懸吊失穩(wěn)巖層預(yù)防冒頂事故三是錨索工程延伸量應(yīng)適應(yīng)懸吊區(qū)內(nèi)的圍巖變形。

復(fù)合頂板錨桿-錨索聯(lián)合支護(hù)原理可由圖2所示的圍巖與支護(hù)的相互作用關(guān)系加以說明。圖2中給出了錨索的力學(xué)特性曲線4和錨桿錨巖支護(hù)體的特性曲線3，與一般支架的力學(xué)特性不同，錨桿錨巖支護(hù)體的承載能力是隨著圍巖和自身變形的增加而降低。曲線1為圍巖特性曲線，它表示圍巖變形與支護(hù)強(qiáng)度之間的關(guān)系。若錨桿錨巖支護(hù)體特性曲線和錨索的特性曲線不能與曲線1相交，說明單獨(dú)采用錨桿支護(hù)或錨索支護(hù)，都不能控制圍巖達(dá)到穩(wěn)定。若錨桿-錨索聯(lián)合支護(hù)時(shí)，由于錨巖支護(hù)體的承載能力提高，其共同支護(hù)作用特性曲線2可能與曲線1相交，在曲線的交點(diǎn)（A）處，圍巖的變形破壞可得到控制，能夠保持圍巖的穩(wěn)定。錨索失效的的前提是圍巖達(dá)到穩(wěn)定時(shí)的變形量U0小于錨索的延伸量ΔL。

圖2 圍巖與支護(hù)的相互作用關(guān)系

2.2 支護(hù)設(shè)計(jì)

斷面呈矩形，寬4.0 m，高3.0 m，掘進(jìn)斷面積12.0 m2。

2.2.1 基本支護(hù)形式

依據(jù)“煤巷錨桿支護(hù)技術(shù)規(guī)范”關(guān)于對(duì)復(fù)合頂板可考慮在基本支護(hù)形式基礎(chǔ)上增加錨索加固的規(guī)定，以及錨桿-錨索聯(lián)合支護(hù)原理，通過應(yīng)用巖層破裂過程分析系統(tǒng)RFPA2D計(jì)算軟件進(jìn)行了4個(gè)支護(hù)方案對(duì)比，選擇最優(yōu)方案的基本支護(hù)形式為：錨桿+鋼筋梁+網(wǎng)，錨索補(bǔ)強(qiáng)。

2.2.2 主要支護(hù)參數(shù)

以數(shù)值試驗(yàn)得出的巷道圍巖破裂區(qū)分布和變形分布的定量結(jié)果為基礎(chǔ)，遵循錨桿-錨索聯(lián)合支護(hù)原理，進(jìn)行了主要支護(hù)參數(shù)計(jì)算和選擇。

依據(jù)計(jì)算結(jié)果，結(jié)合工程類比，選定的主要支護(hù)參數(shù)列于表1。支護(hù)布置圖如圖3。

3 錨桿與錨索支護(hù)施工要求

3.1 巷道寬度的控制

寬度是影響巷道穩(wěn)定性與確定支護(hù)參數(shù)的主要因素，施工時(shí)要嚴(yán)格按設(shè)計(jì)要求控制巷道寬度。用掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn)巷道時(shí)，先從左上幫定位切割煤幫，直至底板。然后從左到右，從下向上切割破碎中間部分，再切割右?guī)?，最后將巷道輪廓進(jìn)行修整，盡量不超挖和欠挖。如果遇特殊地質(zhì)情況而造成超挖時(shí)，超挖的寬度不得超過200 mm，如超寬達(dá)200～400 mm時(shí)，在頂板上應(yīng)增加1根錨桿。

表1 支護(hù)材料表

圖3 尾巷支護(hù)布置

3.2 臨時(shí)支護(hù)

施工中嚴(yán)禁空頂作業(yè)，臨時(shí)支護(hù)必須符合作業(yè)規(guī)程規(guī)定，緊跟工作面。在堅(jiān)硬完整頂板巷道中，無須進(jìn)行臨時(shí)支護(hù)時(shí)，必須制訂相應(yīng)的安全措施，并在作業(yè)規(guī)程中規(guī)定出最大空頂距離，報(bào)總工程師批準(zhǔn)。

3.3 錨桿孔施工規(guī)定

錨桿孔間距誤差不應(yīng)超過100 m；錨桿孔軸向偏差應(yīng)控制在5°之內(nèi)；錨桿孔深不應(yīng)小于桿體有效長(zhǎng)度，也不應(yīng)大于桿體有效長(zhǎng)度30 mm；錨桿端部必須推至孔底，尾端外露長(zhǎng)度不應(yīng)大于50 mm。

3.4 錨桿支護(hù)施工工藝流程

掛鋼筋梯（或鋼帶）—臨時(shí)支護(hù)—鉆頂板中部錨桿孔、掛金屬網(wǎng)、清孔—安裝錨桿、擰緊螺母—鉆頂板中旁錨桿孔、清孔—安裝錨桿、擰緊螺母—臨時(shí)支護(hù)改位—鉆頂板邊錨桿孔、清孔—安裝錨桿、擰緊螺母—鉆頂板邊斜（角）錨桿孔、清孔—安裝錨桿、擰緊螺母。

兩幫的錨桿支護(hù)一般落后工作面一定距離（具體距離由作業(yè)規(guī)程規(guī)定），和破煤運(yùn)煤平行作業(yè)，其施工步驟和頂板支護(hù)大同小異。

在進(jìn)行錨桿安裝時(shí)，應(yīng)盡可能采用快速安裝工藝，即攪拌樹脂藥卷、上托板、擰螺母一次完成。錨桿尾端的托板應(yīng)緊貼托梁，未接觸部位必須楔緊墊實(shí)。

3.5 鋪網(wǎng)

兩網(wǎng)搭接長(zhǎng)度不應(yīng)小于5mm，按規(guī)定連接，鋪網(wǎng)時(shí)必須拉緊，緊貼巖面，使網(wǎng)具有一定的預(yù)拉力。

4 支護(hù)監(jiān)測(cè)與分析

4.1 監(jiān)測(cè)內(nèi)容與儀器

煤層錨網(wǎng)支護(hù)巷道礦山壓力監(jiān)測(cè)是研究支護(hù)方式、原理、檢驗(yàn)支護(hù)效果、判斷巷道支護(hù)穩(wěn)定性和保證安全生產(chǎn)的一個(gè)重要手段。因此，在南四采區(qū)22409－1工作面巷道掘進(jìn)時(shí)，就安裝相應(yīng)觀測(cè)斷面頂板離層測(cè)點(diǎn)，根據(jù)觀測(cè)數(shù)據(jù)判斷出監(jiān)測(cè)范圍內(nèi)頂板是否出現(xiàn)離層現(xiàn)象及離層位置，錨桿支護(hù)質(zhì)量和安全程度。在所設(shè)置的錨桿錨固力、圍巖深部和表面位移觀測(cè)斷面上，可測(cè)出錨桿錨固性能及在支承壓力影響下，巷道圍巖表面和深部位移量，得到巷道掘進(jìn)和工作面回采時(shí)礦山壓力顯現(xiàn)的基本規(guī)律，驗(yàn)證本巷道錨桿支護(hù)參數(shù)的合理性，為進(jìn)一步完善兩巷錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)提供依據(jù)。

頂板離層量監(jiān)測(cè)通過在巷道頂板中央安裝遼寧工程技術(shù)大學(xué)研制的TXLCY-4型頂板離層指示儀實(shí)現(xiàn)的；巷道圍巖表面及深部位移觀測(cè)采用遼寧工程技術(shù)大學(xué)研制的“大位移量直讀式多點(diǎn)位移計(jì)”監(jiān)測(cè)；頂?shù)装逡平坑^測(cè)；④錨桿錨固力監(jiān)測(cè)用活塞式壓力測(cè)力計(jì)觀測(cè)。

4.2 監(jiān)測(cè)結(jié)果分析

頂板下沉量不超過75 mm，副巷平均36 mm，尾巷平均50 mm；巷幫移近量不超過213 mm，副巷平均101 mm，尾巷平均135 mm。而且巷道收斂變形已經(jīng)穩(wěn)定。巷道變形主要特點(diǎn)是兩幫變形較頂板明顯，主要原因是兩幫的煤體松軟破碎，端錨錨桿控制范圍略小于巷幫破裂區(qū)深度?？傮w而言，巷道支護(hù)狀況良好，圍巖的變形得到了有效的控制。

尾巷錨固區(qū)內(nèi)部頂板離層值不超過10 mm，平均為6 mm；距巷頂6 m深處巖層離層值小于17 mm，平均為11 mm；距巷頂3 m深處的薄煤層處離層值最大可達(dá)32 mm，平均15 mm。說明對(duì)于復(fù)合頂板一方面錨桿支護(hù)有效的控制了錨固區(qū)范圍以內(nèi)的巖體變形和破壞；另一方面小孔徑樹脂錨索補(bǔ)強(qiáng)對(duì)控制懸吊區(qū)內(nèi)頂板離層的發(fā)展和防止冒頂具有關(guān)鍵作用。

錨桿和兩幫錨桿受力相當(dāng)，都較小。尾巷錨桿測(cè)力計(jì)預(yù)緊力20～30 kN，預(yù)緊后頂板錨桿受力小于35 kN，平均32 kN；巷幫錨桿受力小于55 kN，平均27 kN。尾巷錨索測(cè)力計(jì)預(yù)緊力50～60 kN，預(yù)緊后受力小于85 kN，平均58 kN。頂板錨桿、錨索受力相當(dāng)煤巷錨桿支護(hù)技術(shù)規(guī)范關(guān)于性能規(guī)定的25～50%，尚有較大潛力。

5 應(yīng)用效果

在鎮(zhèn)城底礦22409綜采工作面瓦斯尾巷，應(yīng)用錨桿+鋼筋梁+網(wǎng)+錨索補(bǔ)強(qiáng)的支護(hù)方式支護(hù)巷道3 000余m。回采期間，兩條回采巷道均未發(fā)生變形嚴(yán)重情況；尾巷僅有輕微變形，部分地段發(fā)生少量底鼓。保留尾巷650 m，作為22407副巷二次使用，其中100 m巷道僅需簡(jiǎn)單拉底，其費(fèi)用較底，無需擴(kuò)幫、架棚維修，大幅度降低了巷道維修費(fèi)用，全礦回采巷道錨桿支護(hù)率達(dá)到94%以上。巷道經(jīng)過三年多的使用，支護(hù)效果良好，為類似條件下巷道采用該支護(hù)技術(shù)奠定了基礎(chǔ)。

Abstract:For the loose and soft roof with big surrounding rock deformation in the caving roadways of No.2 and No.3 seams of Zhenchengdi Mine,the integrated support technique of anchor-beam-mesh-cable is applied.The deformation of supporting rock is under control,and the safe-and-efficient roadway driving is realized.

Keywords:loose and soft roof;roadway;integrated support;application

編輯：劉新光

Application of Reinforced Integrated Support of Anchor,Beam,Mesh and Cable in Zhenchengdi Mine

HU Wen-qiang

(Xishan Coal-electricity Group,Shanxi Coking Coal Group,Taiyuan,Shanxi 030053,China)

TD353

A

1672-5050（2010）05-0040-04

2010-03-15

胡文強(qiáng)（1968—），男，山西長(zhǎng)子人，在讀博士，工程師，從事煤炭采掘技術(shù)工作。