時昌鵬

(山西蘭花集團(tuán)莒山煤礦有限公司，山西晉城048002)

錨網(wǎng)索注+架柱式超前聯(lián)合支護(hù)在孤島近距離巖巷中的應(yīng)用

時昌鵬

(山西蘭花集團(tuán)莒山煤礦有限公司，山西晉城048002)

Application of Combined Supporting of Anchored Cable，Mesh，Injection and Advanced Props in“Island”Rock Roadway

以莒山煤礦六采區(qū)集中運輸巷為工程背景，研究了孤島近距離巖巷圍巖穩(wěn)定控制技術(shù)，采用錨網(wǎng)索注+架柱式超前聯(lián)合支護(hù)，充分發(fā)揮各支護(hù)構(gòu)件的效能和圍巖的自承載能力，提高了圍巖的穩(wěn)定性和適應(yīng)性，實現(xiàn)了困難巷道的合理加固，確保工作面安全回采，為其他類似條件下巷道圍巖控制提供了參考。

超前聯(lián)合支護(hù);孤島;近距離

1 工程概況

六采區(qū)集中運輸巷位于3號煤層底板巖層中，距孤島ZF302采面最近處的層間8～23m，如圖1所示，巷道頂板為細(xì)砂巖，致密而多含云母、石英，中部有2層鐵質(zhì)結(jié)核，有滑面植物化石，堅固性系數(shù)為4.0～5.0;底板為深灰色細(xì)砂巖，致密堅韌，含石英質(zhì)云母及黑色礦物，局部含植物化石，堅固性系數(shù)為4.5左右;兩幫為砂質(zhì)頁巖、中砂巖，層理明顯，以石英為主，含云母、長石等，堅固性系數(shù)3.5～4.5。

圖1 ZF302工作面平面位置

巷道斷面形狀為三心拱，凈寬4.2m，直墻高1.5m，先前采用砌碹支護(hù)，但年久失修，碹體破碎脫落嚴(yán)重，現(xiàn)場打孔實測結(jié)果表明殘余碹體與圍巖間存在約0.2m的較大空隙，碹體支護(hù)作用大大減弱，嚴(yán)重威脅著上部ZF302采面的安全開采。

2 巷道加固支護(hù)設(shè)計

六采區(qū)集中運輸巷上方兩側(cè)采空區(qū)和即將進(jìn)行回采的ZF302工作面的各種應(yīng)力場相互耦合，松動圈范圍內(nèi)圍巖比較破碎，應(yīng)力分布極其復(fù)雜，僅靠單一的剛性支護(hù)或柔性支護(hù)已不符合工程要求。

從現(xiàn)場實際情況和現(xiàn)有技術(shù)水平綜合考慮，對于與ZF302采面垂距大于15m的巷道可以采用“壁后充填+鋼梁+單體液壓支柱”加固;對于垂距小于或等于15m的巷道采取回采前“壁后充填+錨桿+鋼筋網(wǎng)+錨索”預(yù)加固和回采影響期間“鋼梁+單體液壓支柱”動態(tài)超前加強(qiáng)支護(hù)相結(jié)合的方案進(jìn)行加固支護(hù)。

2.1 與ZF302采面垂距＞15m的巷道加固

2.1.1 壁后充填

為提高圍巖整體性，對六采區(qū)集中運輸巷表面破碎圍巖和圍巖與碹體間空隙注漿充填，采用水泥－水玻璃漿液，P.O32.5+45波美度液體水玻璃，水灰比控制在0.8～1.0，水玻璃摻量為水泥重量的3%～5%。注漿管為26mm無縫鋼管，桿長1000mm，注漿段300mm。在注漿段每隔75mm對稱鉆2個12mm的注漿通孔，排距為1.4m，注漿管布置如圖2。

圖2 壁后注漿管布置

2.1.2 “鋼梁+單體液壓支柱”動態(tài)超前支護(hù)

在ZF302采面采動期間，采用工字鋼梁與單體液壓支柱對采動影響范圍內(nèi)的六采區(qū)集中運輸巷進(jìn)行超前加強(qiáng)支護(hù)，對從采面液壓支架尾部開始往前 (采面推進(jìn)方向)60m長度范圍內(nèi)的下部巷道進(jìn)行動態(tài)加強(qiáng)支護(hù)，如圖3，隨著采面往前推進(jìn)在前部架設(shè)支架的同時將后部的支架拆除。每1m巷道架設(shè)1排 (1根鋼梁配3根單體液壓支柱)。架設(shè)單體液壓支柱時保證支柱與工字鋼橫梁間連接牢靠，每2根槽鋼拱梁之間用3根拉桿連接 (拱頂中心和兩肩部各1根)，以防止歪架和倒架，拱梁長4500mm，12號槽鋼彎制，下部1根長3000mm的工字鋼橫梁 (中部焊1根長350mm的工字鋼立柱)卡入槽鋼拱梁的槽內(nèi);單體液壓支柱初撐力不低于120kN，要求支撐高度能達(dá)到2500mm，底部穿大尺寸鐵鞋;拱梁與頂板間鋪6.5mm鋼筋焊接鋼筋網(wǎng)，網(wǎng)片規(guī)格為2300mm×1000mm，網(wǎng)孔尺寸為100mm×100mm。

圖3 架柱式動態(tài)超前支護(hù)加固

2.2 與ZF302采面垂距≤15m的巷道加固

2.2.1 壁后充填

與垂距＞15m段巷道相同。見2.1.1。

2.2.2 “錨桿+錨索+鋼筋網(wǎng)”支護(hù)

錨網(wǎng)索支護(hù)如圖4。采用17.8mm，1×19錨索，長度6200mm，間排距1600mm×1800mm;采用“三花”布置。采用左旋無縱筋等強(qiáng)螺紋鋼錨桿，直徑20mm，長度2200mm，間排距900mm× 900mm，每排10根，兩幫底角錨桿距底板300mm。拱頂鋼筋網(wǎng)采用直徑6.5mm的圓鋼焊接而成，網(wǎng)孔為100mm×100mm方形;網(wǎng)片尺寸為2300mm× 1000mm。

圖4 錨網(wǎng)索支護(hù)斷面

2.2.2.1 高強(qiáng)度預(yù)應(yīng)力錨桿支護(hù)

在采面支承壓力的作用下，即使很大的支護(hù)阻力也難以避免圍巖產(chǎn)生較大變形，因此，巷道支護(hù)在具有較高阻力的同時必須具有較大的變形性能，使圍巖的變形能量得到釋放而讓壓，防止支護(hù)在高支承壓力作用下被破壞。因此，要求所采用的錨桿和錨索材質(zhì)具有高強(qiáng)度和大延伸率的特性。

巷道支護(hù)材料選用BHRB600型左旋無縱筋螺紋鋼高強(qiáng)度錨桿，規(guī)格為20mm×2200mm，每根錨桿采用1卷K2350和1卷Z2370樹脂錨固劑加長錨固，錨桿間排距 900mm×900mm，預(yù)緊力矩120N·m。每排10根錨桿，兩幫底角錨桿距底板300mm。

2.2.2.2 關(guān)鍵部位錨索加強(qiáng)支護(hù)

傳統(tǒng)的1×7結(jié)構(gòu)錨索延伸率較低，無法滿足動壓巷道大變形的要求，且很難與錨桿形成耦合支護(hù)結(jié)構(gòu)。選用1×19結(jié)構(gòu)的高強(qiáng)度、大延伸率錨索不僅強(qiáng)度高，延伸率大，而且與樹脂錨固劑的粘結(jié)強(qiáng)度較高，能滿足動壓巷道高應(yīng)力大變形的要求。

錨索規(guī)格為17.8mm×6200mm，每根錨索采用1卷K2370和2卷Z2370樹脂錨固劑加長錨固，錨索間排距1.6m×1.8m，預(yù)拉力100kN，采用“三花”布置 (即相鄰兩排錨索中，一排在頂板中部布置1根，另一排在兩個拱肩處對稱布置2根)。

2.2.2.3 鋼筋網(wǎng)護(hù)頂支護(hù)

考慮到砌碹支護(hù)脆性大，容易發(fā)生局部破壞并導(dǎo)致全斷面垮塌，需要在巷道拱頂鋪設(shè)較大剛度和強(qiáng)度的鋼筋網(wǎng)。鋼筋網(wǎng)采用直徑6.5mm的圓鋼焊接而成，網(wǎng)孔規(guī)格100mm×100mm。

3 實測效果分析

巷道圍巖表面位移是評價巷道支護(hù)效果的重要指標(biāo)，實測六采區(qū)集中運輸巷頂?shù)准皟蓭妥冃我?guī)律如圖5和圖6所示。

從變形曲線來看，在采面回采期間變形增長速度明顯加快，并隨著距離采面的臨近變形速度呈增長趨勢，但總變形量都不超過250mm，能滿足煤礦安全生產(chǎn)要求，支護(hù)效果良好。

圖5 頂?shù)孜灰?/p>

圖6 兩幫位移

4 結(jié)論

(1)在孤島近距離巖巷中實施錨網(wǎng)索注+架柱式超前聯(lián)合支護(hù)技術(shù)，充分發(fā)揮各支護(hù)構(gòu)件的效能和圍巖的自承載能力，提高了圍巖的穩(wěn)定性和適應(yīng)性，實現(xiàn)了困難巷道的合理加固，為其他類似條件下巷道圍巖控制提供了參考。

(2)該方案每米支護(hù)成本為1028元，安全回收了煤柱，順利采出煤炭170kt，按每噸800元計算，為煤礦增加1.36億元的收益。

［責(zé)任編輯:王興庫］

TD353

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1006-6225(2012)05-0055-02

2012－03－31

時昌鵬 (1983－)，男，山西澤州人，工程師，主要從事采掘技術(shù)管理工作。