陳志剛

（平煤股份十礦，河南 平頂山 467013）

隨著平煤股份十礦開采深度的增加，現(xiàn)已達1 000m 左右，礦壓非常大。在巷道圍巖以泥砂巖為主的高應(yīng)力條件下，原有支護方式已經(jīng)無法滿足安全生產(chǎn)的需要，如錨桿材質(zhì)強度低、施工工藝與之不匹配，造成巷道破壞嚴重、返修等問題。所以，如何增加高應(yīng)力條件下巷道支護強度成為井巷工程中的難點。

1 工程地質(zhì)介紹

平煤股份十礦己15-24100 機巷位于十礦二水平己四采區(qū)末端，南鄰正在回采的己15-24080 采面，北部為三水平采區(qū)，尚未開采，東為己15-24110 采空區(qū)。機巷設(shè)計長度2 052m，煤層平均厚度3.3m，巷道沿己組煤層頂板施工，頂巖自下而上分別為0.8-1.6m 的泥巖、10m 厚泥質(zhì)砂巖。泥質(zhì)砂巖極其不穩(wěn)定，遇水膨脹變軟，接觸空氣容易被氧化，不利于頂板控制支護。

1.1 己15 煤層底板厚度在0.5-5m 之間，下覆的己16 煤層受地壓影響，向上底鼓損壞巷道底板穩(wěn)定，巷道兩幫為己15煤層，煤體松軟，造成巷道普通錨桿支護承載力低。

1.2 巷道位于地下1 000m 左右，地面為山體，原巖應(yīng)力比較大，造成頂板下沉、幫部支護體破壞及底板鼓起。

1.3 巷道頂板傾角達25°，巷道斷面大，采用普通鉆爆法施工，爆破容易破壞巷道圍巖的整體性。

1.4 機巷與相鄰的己15-24100 高位巷間隔10m，造成巷道圍巖應(yīng)力集中，增加了巷道支護的難度。

如上所述，己15-24100 機巷巷道支護設(shè)計屬于高應(yīng)力復(fù)合頂板大斷面軟巖巷道，圍巖穩(wěn)定性差，頂?shù)装寮皟蓭偷目刂齐y度大。

2 巷道破壞影響因素

巷道圍巖穩(wěn)定性受多種因素影響，巷道尺寸變形量大小是其穩(wěn)定性的反映，是各種因素綜合作用的結(jié)果。

2.1 圍巖性質(zhì)及結(jié)構(gòu)特征影響。圍巖強度越低、節(jié)理越發(fā)育、分層厚度越小，則巷道越不穩(wěn)定，越容易變形破壞。

2.2 巷道埋深的影響。隨著深度的遞增，巷道上覆巖層重量增大，應(yīng)力變大，巷道的破壞變形度越大。

2.3 圍巖壓力的影響。圍巖壓力直接決定了巷道支護所需的強度和支護形式。

2.4 巷道斷面形狀的影響。斷面越不規(guī)則、頂板傾角越大，頂板產(chǎn)生的剪切力越大，破壞巷道頂板和支護錨桿。

2.5 巷道與采掘關(guān)系影響。同一條巷道，回采引起的圍巖變形量要比掘進階段的圍巖變形量大很多。

2.6 巷道施工方式、質(zhì)量及支護方式影響。巷道施工方式對于巷道圍巖的完整性有重要影響，圍巖遭受破壞越嚴重支護越困難。

3 原支護存在的不足

3.1 錨桿支護設(shè)計主要依靠現(xiàn)場經(jīng)驗，設(shè)計理論依據(jù)有待完善和補充。

3.2 各類巷道錨桿千篇一律，很多設(shè)計單位只是籠統(tǒng)選擇了錨桿直徑和長度，但是不同的錨桿結(jié)構(gòu)和施工工藝會有很大的效果差別。

3.3 地應(yīng)力大小、方向、比值的影響，估計值偏低。

3.4 沒有進行地質(zhì)力學(xué)分析和巷道壓力顯現(xiàn)與錨支護參數(shù)的匹配關(guān)系分析與選擇。

3.5 錨桿材質(zhì)強度低、預(yù)緊力小、抗拉能力和扭矩小，錨桿基本上沒有預(yù)應(yīng)力。

4 高強樹脂錨桿

BHRB600 左旋無縱筋高強樹脂錨桿對桿體斷面形狀與螺紋的幾何參數(shù)進行優(yōu)化，在提高粘結(jié)力的同時，降低阻力。

4.1 錨桿橫肋間距不得大于鋼筋公稱直徑的0.7 倍，橫肋側(cè)面與鋼筋表面的夾角α 不小于45°。

4.2 BHRB600 左旋無縱筋高強樹脂錨桿，屈服力達228.1kN，破斷力達304.1kN。分別是同類螺紋鋼的1.79 倍和1.63倍，是同直徑圓鋼的2.5 倍和2.11 倍，真正實現(xiàn)了高強度。

4.3 錨桿的預(yù)緊力大，能夠?qū)崿F(xiàn)離層與滑動的有效控制，錨桿預(yù)緊力一般為桿體屈服載荷的30%-50%。

5 支護設(shè)計

己15—24100 機巷頂板支護設(shè)計為： 錨桿錨索聯(lián)合支護，表面支護為M 鋼帶和8# 鐵絲金屬網(wǎng)(在頂板有下沉超過50mm或出現(xiàn)錨桿錨索有壓斷現(xiàn)象時，使用為直徑不小于260mm 木支柱增加巷道抗壓能力)。

圖1 支護斷面圖

5.1 頂板采直徑22mm 左旋無縱筋高強錨桿和直徑18.7mm 長度7.3m 錨索支護，表面支護配合使用4m 長6 孔M型鋼帶、8# 鐵絲金屬網(wǎng)。錨桿間排距為為800mm，采用錨固端錨固方式，單根錨桿采用二卷MZ28500 型中速錨固劑，頂錨桿初始扭矩大于160N·m。

5.2 巷幫采用等強錨桿、 機織網(wǎng)配合錨梁支護，錨桿為￠20×2 200mm 等強樹脂錨桿，巷道兩幫每根錨桿使用一個鋼板護板，間距為800mm，排距為800mm，每根錨桿采用MZ28500 中速錨固劑二卷，金屬網(wǎng)采用8# 鐵絲網(wǎng)。

6 耦合支護方法

6.1 采取預(yù)留光爆層的爆破施工方法，減少爆破對圍巖的破壞，盡量做到精確成巷。

6.2 小循環(huán)掘進，單循環(huán)進度0.8m；幫錨桿滯后不超過2排。

6.3 鋪網(wǎng)方式：從頂板中部向兩邊鋪，兩邊網(wǎng)過肩窩并用鐵絲扎接牢固，幫部網(wǎng)至底角。

由以上數(shù)據(jù)對比可以看出，實驗后實驗班在顛球、20 m腳內(nèi)側(cè)運球過桿、腳內(nèi)側(cè)定點射門三個項目成績高于對照班，其顛球技術(shù)具有非常顯著的差異。

6.4 使用大扭矩鉆機，保證錨桿具有較高的預(yù)緊力，攪拌及時，勻速攪拌至孔底，等待充分，確保樹脂凝固一次上緊，確保證頂錨桿的安裝扭矩大于150N·m，幫錨桿安裝扭矩大于100N·m。

6.5 人工二次加扭矩，采用MQS-90J2 氣扳機進行二次加扭矩，使頂、幫錨索錨桿預(yù)緊力達到與設(shè)計值偏差不超過5%，滯后時間不超過3 個小時。

6.6 圍繞鉆孔成孔質(zhì)量和錨桿安裝質(zhì)量來組織施工，巷道開挖出斷面后快速施工安裝錨桿，實現(xiàn)及時主動支護。

6.7 錨桿索鉆孔保證三徑（鉆孔、錨桿、藥卷）合理匹配，保證成孔質(zhì)量高，孔直度高，孔深準確，孔壁要清潔，不留煤巖粉。

6.8 掉頂處采用各種規(guī)格的木楔調(diào)節(jié)，木楔位置必須放置在鋼帶和金屬網(wǎng)之間，使金屬網(wǎng)緊貼巖面。

7 支護效果觀測

為了觀察錨桿的支護效果，研究支護設(shè)計的合理性，需設(shè)置相應(yīng)的監(jiān)測站，支護監(jiān)測一般監(jiān)測對象為：頂板、巷道表面位移、錨桿受力等。

監(jiān)測內(nèi)容、觀測目的及測試手段，如下表。

序號 觀測內(nèi)容 觀測目的 測試手段1 頂板離層 監(jiān)測復(fù)合頂板分離狀況 離層指示儀2 頂板的相對離層 確定圍巖不同點位之間相對位移，以及各點相對位移量 多點位移計3 巷道位移 監(jiān)測巷道相對變形量，從而判定穩(wěn)定性 測桿、測槍4 錨桿受力 測試錨桿強度是否合適，以調(diào)整錨桿密度液壓枕、測力錨桿5 頂板狀態(tài)監(jiān)測 頂板的巖性變化及軟弱面層位 鉆孔窺視儀6 螺母擰緊力矩 檢查錨桿安裝質(zhì)量 扭力扳手

該支護方式在己15-24100 機巷中，監(jiān)測數(shù)據(jù)見圖2。

圖2 巷道變形量觀測數(shù)據(jù)

監(jiān)測數(shù)據(jù)表明：巷道施工期間，前13 天水平收斂量最大，最大為14mm/天，13 天后，巷道兩幫收斂趨于穩(wěn)定，為4～8mm/天，巷道兩幫總體收斂量為200～240mm；巷道垂直變形量，前13天為8mm，21 天后為10mm，頂板總體下沉量接近30mm，施工半年后巷道底臌量為200～450mm，均在安全許可范圍內(nèi)。而類似巷道，在施工三個月后，頂板下沉量達到200～300mm，水平位移量為500～800mm，底膨量為40～700mm，嚴重影響安全生產(chǎn)，必須架棚進行二次支護。

總之，該支護設(shè)計使巷道圍巖穩(wěn)定速度快，合理利用了圍巖的承受能力，巷道破壞變形時間延長，完全滿足安全生產(chǎn)要求。

8 結(jié)論

在相同的地質(zhì)條件下，新支護方式真正實現(xiàn)了一次支護，根據(jù)目前材料價格，該支護方式與原支護形式對比：巷道支護比原有支護方式多投入198.1 元/m，但是該支護設(shè)計實現(xiàn)高強度支護，延長了巷道使用時間，節(jié)約維修2 131.5 元/m，而且減少了巷道后期維護資金的投入，滿足了工作面回踩期間的安全需要。

高強耦合支護對圍巖起到主動支護作用，實現(xiàn)支護一體化，提高了巖層的自承和承載能力，有效地控制了巷道圍巖的早期離層和動壓的劇烈影響，可滿足高應(yīng)力復(fù)合頂板大斷面軟巖巷道的支護要求，有效提高了深部巷道圍巖的的支護質(zhì)量和支護水平，真正實現(xiàn)一次成巷，提高生產(chǎn)效率，減輕工人的勞動強度，滿足安全生產(chǎn)的需求，解決了大埋深、高地應(yīng)力巷道支護難的問題。

[1]侯朝炯、郭勵生，勾攀峰等.煤巷錨桿支護[M].中國礦業(yè)大學(xué)出版社，1999.

[2]馬念杰，侯朝炯.采準巷道礦壓理論及應(yīng)用[M].北京煤炭工業(yè)出版社，1995.

[3]楊張杰.復(fù)合頂板錨梁網(wǎng)支護沿空掘巷圍巖變形特征及其控制技術(shù)[J].煤炭工程，2009（9）:34-36.