李克慶，程 悅，時(shí)曉東

“三軟”煤層掘進(jìn)錨噴支護(hù)技術(shù)淺析

李克慶1，程 悅1，時(shí)曉東2

(1.貴州省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局一〇六地質(zhì)大隊(duì)，貴州 遵義 563000;2.中國(guó)礦業(yè)大學(xué)，江蘇 徐州 221116)

“三軟”煤層條件下，頂板安全是制約掘進(jìn)的主要因素。通過優(yōu)化生產(chǎn)組織和加強(qiáng)施工質(zhì)量管理，提高錨噴支護(hù)水平和掘進(jìn)水平，進(jìn)一步提高支護(hù)系統(tǒng)的支護(hù)質(zhì)量，以有效控制掉頂、片幫等事故的發(fā)生，實(shí)現(xiàn)了快速掘進(jìn)，確保了安全生產(chǎn)。

“三軟”煤層;掘進(jìn);錨噴支護(hù);安全管理

“三軟”煤層指煤礦開采中遇到的軟的頂板巖層、軟的主采煤層和軟的煤層底板巖層，一般情況下，具有三軟特征的煤礦煤層和頂?shù)装寰鶠檐浫鯉r層。煤層裂隙發(fā)育，構(gòu)造復(fù)雜。

“三軟”煤層容易導(dǎo)致支護(hù)系統(tǒng)抵抗彈性變形的能力降低，當(dāng)支護(hù)系統(tǒng)周圍煤層的壓力達(dá)到支護(hù)系統(tǒng)的強(qiáng)度極限時(shí)，將導(dǎo)致頂板彎曲下沉，造成煤層上覆頂板破碎，使掘進(jìn)、回采及頂板管理的難度進(jìn)一步加大。如果遇到復(fù)合頂板，因?yàn)閺?fù)合頂板易與上部巖層發(fā)生離層，所以復(fù)合頂板易發(fā)生大面積的推垮型冒頂，給快速掘進(jìn)、安全生產(chǎn)造成較大的威脅。在“三軟”煤層中采用綜采、綜掘工藝是一個(gè)比較難的課題，但是在“三軟”煤層中使用綜采工藝也可以達(dá)到快速掘進(jìn)，關(guān)鍵在于措施得力，現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行到位。

1 問題及分析

1.1 生產(chǎn)組織方面

“三軟”煤層揭露后極易風(fēng)化，造成噴漿前巷道的煤壁風(fēng)化脫落，使部分錨桿失效，導(dǎo)致片幫、掉頂，影響支護(hù)效果，甚至可能發(fā)生冒頂事故。

1.2 施工質(zhì)量管理方面

在煤礦生產(chǎn)施工過程中由于生產(chǎn)施工不到位，造成質(zhì)量原因?qū)е轮ёo(hù)體受到擾動(dòng)、破壞，影響安全的因素如下：

1)在掘進(jìn)施工過程中沒有嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)圖紙施工，炮眼位置不規(guī)范，周邊眼沒有緊貼巖面且沒有垂直于掘進(jìn)面，巷道成形比較差，超挖、欠挖嚴(yán)重，導(dǎo)致煤壁應(yīng)力集中使巷道變形、破壞。

2)在掘進(jìn)施工過程中打設(shè)錨桿時(shí)，由于煤巖松軟和部分巷道高度的制約，且掘進(jìn)后敲幫問頂時(shí)沒有除盡懸?guī)r、危矸，產(chǎn)生較大的裂隙，使部分頂部錨桿打設(shè)質(zhì)量差，支護(hù)系統(tǒng)的初撐力不足，使圍巖脫落，導(dǎo)致煤壁應(yīng)力集中，錨桿失效，從而巷道變形、破壞。

3)在掘進(jìn)施工過程中噴漿時(shí)，沒有嚴(yán)格按照砼的混合比配置混凝土;噴漿厚度不一致，噴漿過薄影響支護(hù)強(qiáng)度，噴漿過厚影響其柔性，使脆性增加，易使圍巖離層，從而導(dǎo)致圍巖形成的承載結(jié)構(gòu)不能保持;無初噴、復(fù)噴距離大，煤壁暴露時(shí)間過長(zhǎng)，致使煤壁風(fēng)化脫落;且勞動(dòng)組織不到位、不合理，導(dǎo)致噴漿質(zhì)量差，進(jìn)而產(chǎn)生片幫、掉頂，使煤壁變形噴體脫落進(jìn)一步暴露煤體，從而使煤壁風(fēng)化脫落。

2 對(duì)策與實(shí)施

2.1 支護(hù)強(qiáng)度計(jì)算

要做到正確的設(shè)計(jì)和使用錨噴支護(hù)，必須基于相關(guān)的錨噴支護(hù)理論作為指導(dǎo)，常用的支護(hù)理論一般有：懸吊理論、組合拱(壓縮拱)理論、最大水平應(yīng)力理論等。

現(xiàn)代煤礦采用的永久支護(hù)方式大多是錨、網(wǎng)、噴支護(hù)，錨網(wǎng)噴支護(hù)既能充分發(fā)揮錨桿作用，又充分發(fā)揮噴射混凝土的作用。同時(shí)網(wǎng)使圍巖表面破碎圈完整化，使噴層平整均勻，增加抗彎、抗剪能力，并具有較高柔性和較大的允許變形量。支護(hù)系統(tǒng)的材料為冷拔鋼絲網(wǎng)(一般規(guī)格100 mm×100 mm)，等強(qiáng)度圓鋼錨桿(根據(jù)實(shí)際的煤層條件用相應(yīng)的公式選取)，混凝土(按照煤礦實(shí)際經(jīng)驗(yàn)和巷道圍巖的穩(wěn)定性、巷道跨度及巷道的服務(wù)年限，噴厚一般為100 mm，分期次噴射，初噴大約40 mm左右，復(fù)噴使總噴厚達(dá)到100 mm)。本文介紹按懸吊理論計(jì)算錨桿參數(shù)：

1)錨桿長(zhǎng)度計(jì)算：

式中：

L—錨桿長(zhǎng)度，m;

H—冒落拱高度，m;

K—安全系數(shù)，一般取2;

L1—錨桿錨入穩(wěn)定巖層的深度，m，一般取0.4;

L2—錨桿在巷道中的外露長(zhǎng)度，m，一般取0.1。其中：

B—巷道開掘?qū)挾?

f—巖石堅(jiān)固性系數(shù)，煤取3。

2)錨桿間排距計(jì)算：一般采用間距、排距相等

式中：

a—錨桿間距、排距，m;

Q—錨桿設(shè)計(jì)錨固力，kN/根，取64;

R—被懸吊著的煤巖重力密度，kN/m3，取24。

3)錨桿直徑的確定：

式中：

D—錨桿直徑，mm;

P—錨桿截面載荷，kN，取105;

Jb—螺紋鋼錨桿屈服點(diǎn)，MPa，取410。

在選用錨桿時(shí)應(yīng)按照以上公式進(jìn)行計(jì)算，選出符合條件的等強(qiáng)度螺紋鋼錨桿，并且設(shè)計(jì)滿足支護(hù)需要的錨桿間、排距。

2.2 生產(chǎn)組織

改進(jìn)生產(chǎn)工藝，提高生產(chǎn)班組間的銜接效率，本著有利于巷道支護(hù)和提高勞動(dòng)效率的原則，采用掘、噴平行穿插作業(yè)，使煤壁暴露風(fēng)化時(shí)間減小，確保頂板安全。

2.3 提高施工質(zhì)量

針對(duì)上述施工環(huán)節(jié)存在質(zhì)量管理方面的問題，制定下列措施：

1)嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)圖紙上對(duì)斷面尺寸的要求進(jìn)行施工。打眼前，首先按照腰線、中線嚴(yán)格檢查巷道斷面規(guī)格，不符合作業(yè)規(guī)程要求的必須先進(jìn)行處理，打眼前需進(jìn)行敲幫問頂工作，仔細(xì)檢查頂幫的圍巖情況，除掉活矸、危矸，做好臨時(shí)支護(hù)，在確認(rèn)安全后開始施工，做到巷道成形圓滑、規(guī)則、平整。

2)嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)規(guī)程所要求的巷道支護(hù)系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行施工：

a)打錨桿孔。嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)規(guī)范明確錨桿的間排距，安設(shè)打孔位置，錨桿眼位置誤差不得超過100 mm，確定錨桿孔數(shù)量，錨桿孔需垂直于巷道斷面的切線方向，錨桿眼方向誤差不得大于10°，錨桿孔深度應(yīng)該與錨桿長(zhǎng)度相匹配，并且符合設(shè)計(jì)規(guī)范的要求。

b)提高錨桿的安設(shè)質(zhì)量。安設(shè)錨桿前應(yīng)將錨桿孔內(nèi)的巖渣、積水清理干凈，施工時(shí)必須嚴(yán)格按照已經(jīng)打設(shè)好的錨桿孔安設(shè)錨桿，先放入錨固劑，然后放入錨桿，再掛錨網(wǎng)，最后錨桿安裝機(jī)帶動(dòng)桿體旋轉(zhuǎn)將錨桿旋入錨固劑中攪拌均勻錨固劑，直到錨桿達(dá)到設(shè)計(jì)深度，并上緊錨桿螺母，使錨桿托盤緊貼巖面，保證錨桿的拉拔試驗(yàn)值不小于設(shè)計(jì)要求。

c)鋼絲網(wǎng)的鋪設(shè)和搭接。在打設(shè)好錨桿后進(jìn)行金屬網(wǎng)搭接，搭接時(shí)相鄰兩網(wǎng)的搭接長(zhǎng)度為100 mm，搭接部分用14號(hào)鐵絲綁扎，每隔300 mm綁扎一次，保證牢固可靠。金屬網(wǎng)片須緊貼巖面，成型規(guī)整。

d)加強(qiáng)噴漿工作。噴漿時(shí)噴射口至噴射面保持垂直，遇到裂隙或低凹處，應(yīng)先噴射填平，再進(jìn)行正常噴射，噴口至噴面的距離＜1 m，噴頭要螺旋形推進(jìn)。混凝土噴后一般為100 mm，混凝土在第一次噴射時(shí)頂板一般為40～50 mm，兩幫一般為50～70 mm，并間隔2 h后，開始第二次噴射，第二次噴射總噴漿厚度應(yīng)達(dá)到100 mm。

3)巷道頂板破碎比較嚴(yán)重時(shí)，可根據(jù)當(dāng)時(shí)的實(shí)際情況將錨桿間、排距縮短到500 mm×500 mm，如支護(hù)系統(tǒng)剛度達(dá)不到支護(hù)設(shè)計(jì)的效果，可再使用打設(shè)錨索加強(qiáng)支護(hù)，如果支護(hù)系統(tǒng)還不能很好的支護(hù)巷道，可再增加U型鋼加強(qiáng)支護(hù)。

3 結(jié)論

在“三軟”煤層條件下實(shí)現(xiàn)安全、快速掘進(jìn)，需要通過系統(tǒng)地加強(qiáng)質(zhì)量管理，減緩煤巖體風(fēng)化脫落時(shí)間，提高支護(hù)系統(tǒng)的支護(hù)質(zhì)量，做到有效控制掉頂、片幫的事故的發(fā)生，確保掘進(jìn)安全，進(jìn)一步提高錨噴支護(hù)水平和掘進(jìn)水平。

［1］ 萬舉峰，劉永發(fā)，王延潤(rùn).“三軟”地層條件下快速掘進(jìn)技術(shù)［J］.煤礦支護(hù)，2008(2)：44－46.

［2］ 陶應(yīng)宏.“三軟”煤層綜采技術(shù)探討［J］.淮南職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2004(1)：4－5.

［3］ 徐永圻.采礦學(xué)［M］.徐州：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社，2003：78－85.

Research on Bolting and Shotcreting Support Technology of Tunneling with the"Three Soft"Coal Seam

Li Ke－qing，Cheng Yue，Shi Xiao －dong

Under"three soft"coal seam conditions，roof safety is a major factor of restricting excavation.Through optimizing the organization of production and enhancing the quality of construction management，improve the level of bolting and shotcreting and tunneling level，to further improve the quality of the supporting systems，effectivey control the occurrence of the swap top and wall spalling，achieve a rapid excavation，ensure safety production.

"Three soft"coal seam;Tunneling;Bolting and shotcreting support;Security production

TD352+.5

A

1672－0652(2011)12－0019－02

2011－11－02

李克慶(1966—)男，貴州遵義人，2009年畢業(yè)于中國(guó)地質(zhì)大學(xué)，高級(jí)工程師，主要從事煤礦地質(zhì)工作(E － mail)chengyue2180@yahoo.com.cn