楊 棟 陳泉建

（平頂山天安煤業(yè)股份有限公司六礦，河南省平頂山市，467000）

平煤股份六礦屬平煤集團(tuán)大型骨干礦井，礦井開拓方式為分水平上下山盤區(qū)式開拓，主要開采丁5-6、戊8和戊9-10煤層。戊8和戊9-10煤層間距在2～10m，上下山車場采用聯(lián)合布置，施工石門時經(jīng)常要穿煤層托煤施工。因煤層自穩(wěn)性差、易脫落，通常采用的是U 型鋼可縮性拱形支架或錨噴+U 型鋼可縮性拱形支架聯(lián)合支護(hù)方式，但U 型鋼可縮性拱形支架支護(hù)屬于被動支護(hù)，存在支護(hù)成本高、工人勞動強(qiáng)度大、施工速度慢、易變形、巷道返修困難等缺點。近幾年，在巷道支護(hù)上堅持能打錨桿就不架棚子的理念，在穿煤層施工時，對傳統(tǒng)的架棚支護(hù)進(jìn)行反復(fù)論證、創(chuàng)新改進(jìn)，在-440m大巷、戊8-22250 及戊9-10-22160 機(jī)巷聯(lián)絡(luò)巷等工程中采取了錨網(wǎng)索聯(lián)合支護(hù)技術(shù)，在實踐中取得了良好的支護(hù)效果和經(jīng)濟(jì)效益。本文以戊9-10-22160機(jī)巷聯(lián)絡(luò)巷為例，對穿煤層托頂煤錨網(wǎng)支護(hù)方案進(jìn)行闡述。

1 工程概況

戊9-10-22160機(jī)巷聯(lián)絡(luò)巷設(shè)計長度67m，自戊8煤層中開口穿過戊8煤層、戊9煤層最終沿戊10煤層頂板施工，戊8煤層厚2.3m，煤層傾角13°，戊8煤層與戊9煤層間距4.5m，戊9煤層厚0.3m，戊9與戊10煤層間距為0.5m，戊10煤層厚3m。巷道掘進(jìn)過程中有3條斷層，頂板完整性差，圍巖破碎。巷道設(shè)計斷面尺寸 （寬×高）為4.3 m×3.5 m。巷道平面布置圖見圖1。

圖1 巷道布置圖

2 支護(hù)原理

以錨網(wǎng)索聯(lián)合支護(hù)方式代替架棚支護(hù)，主要以懸吊理論及組合拱理論為設(shè)計依據(jù)。懸吊理論認(rèn)為錨桿支護(hù)的作用就是將巷道頂板較軟巖層懸吊在上部穩(wěn)定巖層上，以增強(qiáng)軟巖層的穩(wěn)定性，對于平煤六礦的軟巖巷道，圍巖松動圈達(dá)2 m 以上，施工錨桿的長度受到多方面的制約，無法錨固在穩(wěn)定的巖層里，錨桿的懸吊作用實際上往往難以實現(xiàn)。但同時又根據(jù)組合拱理論認(rèn)為在拱形巷道圍巖的破裂區(qū)中，安裝預(yù)應(yīng)力錨桿時，在桿體兩端將形成錐形的壓應(yīng)力，如果沿巷道周邊布置錨桿群，只要錨桿間距足夠小，各個錨桿形成一個均勻的壓縮帶，可以承受其上部破碎巖石施加的徑向載荷。錨網(wǎng)索支護(hù)屬于主動支護(hù)。錨桿可以增強(qiáng)下部圍巖體的整體穩(wěn)定性，穿煤層巷道支護(hù)的重點之一就是根據(jù)不同的頂板狀況，合理選取不同的錨桿支護(hù)參數(shù)，形成良好的支護(hù)效果。錨索的作用主要是以懸吊為主，通過外端固定于巷道表面，另一端固定在穩(wěn)定的巖體中，錨索的桿體較長，可以很好地錨固松動圈內(nèi)煤巖體，同時錨索的預(yù)應(yīng)力鋼絞線可增大錨索的抗滑摩擦阻力，使結(jié)構(gòu)面處于壓緊狀態(tài)，提高錨固范圍內(nèi)煤巖體的整體性和穩(wěn)定性，從而改善煤巖體的力學(xué)性能，有效控制巷道變形，達(dá)到支護(hù)目的。在軟弱巖 （煤）體中，通過采取加密錨桿、增加錨桿長度，提高錨桿預(yù)緊力等形式增加加固拱的厚度和承載力，同時增大錨索托盤尺寸，使受力面增大進(jìn)而提高錨索的支護(hù)強(qiáng)度，做到強(qiáng)力護(hù)表。

如圖1 （b）所示在聯(lián)絡(luò)巷掘進(jìn)至Ⅱ-Ⅲ段過程中，巷道高度逐漸增高，隨著高跨比的增加，兩幫移近量隨巷道高跨比的增加而增加，但頂?shù)装逡平繀s隨巷道高跨比的增加而減小，且矩形巷道的最佳高跨比宜為0.7 左右。在聯(lián)絡(luò)巷超高段高跨比達(dá)到1.2，兩幫位移量將明顯變大，巷道易失穩(wěn)，需加強(qiáng)兩幫支護(hù)。

3 穿煤層聯(lián)絡(luò)巷方案設(shè)計

戊9-10-22160機(jī)巷聯(lián)絡(luò)巷所穿巖層情況復(fù)雜，巷道自戊8-22160 機(jī)巷開口沿戊8煤層頂板施工，施工過程中遭遇3條斷層，煤層紊亂，頂板破碎。然后穿過戊8煤層、戊9煤層，最后沿戊10煤層頂板施工，根據(jù)聯(lián)絡(luò)巷掘進(jìn)過程中巷道頂板遇到的地質(zhì)條件不同，可將聯(lián)絡(luò)巷分為沿戊8煤層頂板掘進(jìn)段、超高段、托頂煤段3種情況分別設(shè)計支護(hù)方案，聯(lián)絡(luò)巷3段分別對應(yīng)圖1 （b）中Ⅰ-Ⅱ段、Ⅱ-Ⅲ段、Ⅲ-Ⅳ段。

3.1 沿戊8煤層頂板段支護(hù)方案設(shè)計

聯(lián)絡(luò)巷自戊8煤層開口沿煤層頂板掘進(jìn)，即圖1 （b）中開口位置Ⅰ-Ⅱ段。該段戊8煤層頂板相對穩(wěn)定，頂板為堅硬巖石，可根據(jù)懸吊理論計算錨桿參數(shù)，計算得出頂板錨桿采用?22 mm×2400mm的左旋無縱筋螺紋鋼高強(qiáng)錨桿，錨桿間排距700 mm×800 mm；兩幫錨桿采用?20 mm×2200mm等強(qiáng)錨桿，錨桿間排距800 mm×800 mm；樹脂錨固劑選用MSCK2335 型超快樹脂藥卷，錨桿托板采用?150 mm×14 mm 壓制成形的蝶形鋼板；錨索采用?17.8mm×8000mm 的鋼絞線錨索，外露部分在150～250 mm 之間，錨索間排距1400mm×2400 mm，錨索托盤為?240 mm×14mm 圓形軋制鋼板；金屬網(wǎng)采用直徑為3.8 mm 冷拔絲制成的單層金屬網(wǎng)，金屬網(wǎng)規(guī)格為3.0 m×1.0m （長×寬），網(wǎng)格尺寸50mm×50mm，網(wǎng)與網(wǎng)搭接不低于100mm，且每隔200mm 采用14＃鐵絲相互扭結(jié)牢固。

3.2 聯(lián)絡(luò)巷超高段支護(hù)方案設(shè)計

聯(lián)絡(luò)巷超高段即圖1 （b）中的Ⅱ-Ⅲ段，這一段頂板沿戊8煤層掘進(jìn)，而底板則保持水平掘進(jìn)，由于戊8煤層傾角13°，聯(lián)絡(luò)巷在向前施工中頂板逐漸上抬，底板保持水平，此時巷道高度逐漸增加，最高處高度達(dá)到5 m （設(shè)計高度僅為3.5 m），巷道超高，幫體易變形。此段巷道沿戊8 煤層頂板掘進(jìn)，頂板支護(hù)參數(shù)不變。由于巷道超高，需加強(qiáng)聯(lián)絡(luò)巷兩幫支護(hù)強(qiáng)度和剛度提高巷道自穩(wěn)性。聯(lián)絡(luò)巷幫體上部為煤，下部為巖石，采取豎向打設(shè)錨索梁以固定幫體煤與巖石，增加兩幫整體強(qiáng)度，從而達(dá)到加強(qiáng)支護(hù)的目的，錨索梁采用U29型鋼梁加工而成，排距為1.4 m。同時將幫錨桿間排距縮至700mm×700mm。該段巷道支護(hù)參數(shù)見圖2。

圖2 1-1斷面支護(hù)圖

3.3 穿煤段支護(hù)方案設(shè)計

穿煤段為圖1 （b）中Ⅲ-Ⅳ段，在穿煤層過程中，戊10煤層與戊8煤層間距為5.3m，聯(lián)絡(luò)巷需穿過戊8煤層，并將戊8煤層托在頂板以上，此段可稱為托煤段。由于戊8煤層、戊8煤層下部和戊9煤層為軟弱巖層，頂板穩(wěn)定性差，抗壓強(qiáng)度低，若仍使用長度為2400mm 的高強(qiáng)錨桿，錨固端錨在煤或軟巖中，懸吊理論已不再適用，應(yīng)按加固拱原理選取支護(hù)參數(shù)，經(jīng)計算需采取加長錨桿、加密錨桿錨索方案確保支護(hù)有效。頂錨桿采用?22 mm×2600 mm 錨桿全長錨固，頂錨桿間排距改為700mm×700 mm，幫錨桿間排距為700 mm×700mm。金屬網(wǎng)改用雙層金屬網(wǎng)，錨索間排距縮小為1400mm×1400mm，根據(jù)以往巷道支護(hù)情況分析和該巷的服務(wù)年限，錨索托盤采用300mm×300mm×14mm 的方形鋼制托盤。

4 技術(shù)關(guān)鍵

（1）施工過程中要及時探明頂板以上煤層賦存狀況，準(zhǔn)確掌握巷道圍巖性質(zhì)、煤層厚度穩(wěn)定巖層位置等地質(zhì)情況。

（2）根據(jù)頂板巖性及上部煤層間距與煤厚，合理選擇支護(hù)參數(shù)。當(dāng)頂板使用的普通高強(qiáng)錨桿錨固端錨在煤或軟巖中時，應(yīng)及時增大錨桿長度，將錨桿更換成更長的高強(qiáng)錨桿，同時縮小錨桿、錨索的間排距。

（3）在放頂煤施工段巷道超高段 （大于4.0m）采取打設(shè)幫錨索梁措施，有效控制巷道兩幫變形；為確保錨桿支護(hù)強(qiáng)度，使用大力矩扳手提高錨桿預(yù)緊力，使錨桿預(yù)緊力扭矩達(dá)到500N·m以上。使用規(guī)格尺寸更大的錨索托盤及雙層金屬網(wǎng)進(jìn)行強(qiáng)力護(hù)表，提高巷道整體承壓能力。

5 支護(hù)效果

礦壓監(jiān)測分別在圖1 （b）中的Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ位置處設(shè)置礦壓觀測點，頂板下沉量通過頂板離層儀進(jìn)行觀測，兩幫位移量通過十字交叉測點測量。施工后經(jīng)約一個月時間的礦壓觀測，測點處圍巖變形曲線見圖3。從圖中可以看出，測點Ⅱ處頂板下沉量最大值為19.6mm，兩幫相對移近量為60mm；測點Ⅲ處頂板下沉量最大值為31 mm，兩幫相對移近量為66.5 mm；測點Ⅳ處頂板下沉量最大值為22.3mm，兩幫相對移近量為61.33mm。幫頂整體變形量較小，均在允許范圍內(nèi)，巷道支護(hù)效果良好。

圖3 巷道測點變形曲線

6 結(jié)語

在穿過煤層石門施工過程中，根據(jù)頂板煤巖層的厚度，合理調(diào)整錨桿、錨索的長度和密度等參數(shù)，可以采用錨網(wǎng)索方式進(jìn)行支護(hù)，一改傳統(tǒng)的架棚支護(hù)，實現(xiàn)快速、高效、低成本掘進(jìn)，并克服了傳統(tǒng)架棚被動支護(hù)易失修、 維修成本高、影響安全生產(chǎn)等缺點，極大地減輕工人的勞動強(qiáng)度，與U 形鋼可縮性拱形支架相比成本有了很大地降低，在同類型的巷道加固中具有很高的推廣價值。

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