王慕良

(大同煤礦集團(tuán)永定莊煤業(yè)有限責(zé)任公司，山西 大同037000)

1 概述

永定莊煤業(yè)隸屬于大同煤礦集團(tuán)公司，所屬煤田地區(qū)的地質(zhì)條件比較特殊，煤礦巖層具有一定的不穩(wěn)定性。以該煤礦中的9#礦井煤層圍巖為例，在采動(dòng)條件下的穩(wěn)定類別檢測(cè)確定為Ⅲ類至Ⅳ類的標(biāo)準(zhǔn)范圍，在開(kāi)采與掘進(jìn)過(guò)程中具有較大的不穩(wěn)定性，對(duì)于煤礦礦井的開(kāi)采掘進(jìn)具有極大的不利影響。結(jié)合該煤礦以及礦井巖層的這一特征，在進(jìn)行煤礦礦井的開(kāi)采掘進(jìn)過(guò)程中，專門(mén)對(duì)該礦井圍巖特性以及地質(zhì)應(yīng)力作用情況等進(jìn)行分析，并在此基礎(chǔ)上采用相關(guān)的煤礦礦井采動(dòng)模擬系統(tǒng)，以“按臺(tái)階以及階段、塊段等進(jìn)行分布掘進(jìn)、支護(hù)澆筑”的工藝方法，應(yīng)用“錨桿加鋼筋焊接網(wǎng)”的支護(hù)方式，同時(shí)通過(guò)使用快速承載預(yù)應(yīng)力錨索進(jìn)行支護(hù)加強(qiáng)，并在礦井掘進(jìn)支護(hù)過(guò)程中給出相應(yīng)的合理錨固參數(shù)，以實(shí)現(xiàn)不穩(wěn)定圍巖條件下的掘進(jìn)支護(hù)施工，保證煤礦開(kāi)采掘進(jìn)安全，提高煤礦開(kāi)采掘進(jìn)工作效率。

2 同煤集團(tuán)永定莊煤業(yè)圍巖地質(zhì)條件分析

該礦礦井掘進(jìn)開(kāi)采面的斷面形式主要呈現(xiàn)為一個(gè)三心拱的結(jié)構(gòu)形式。其中，三心拱的毛斷面大圓半徑約為8.51 m，毛斷面小圓半徑2.07 m。同時(shí)，礦井的三心拱開(kāi)采掘進(jìn)斷面中，大圓的圓心角約為53°，小圓圓心角約為63°，整個(gè)三心拱毛斷面的寬度約為9.9 m，高度約為9. 45 m，毛斷面的面積約為86 m2。

礦井的開(kāi)采掘進(jìn)層中，整個(gè)掘進(jìn)層的走向長(zhǎng)度約為40 m，掘進(jìn)層的走向方位為270°。該開(kāi)采掘進(jìn)煤層主要位于上述煤礦的9#礦井煤層以及底板巖層之間，整個(gè)開(kāi)采煤層距離地表的垂直距離約為480 m。此外，該開(kāi)采掘進(jìn)煤層?xùn)|段直接頂?shù)牡刭|(zhì)巖層中主要為粉砂巖與砂質(zhì)泥巖兩種巖土類型，而開(kāi)采掘進(jìn)煤層?xùn)|段的基本頂?shù)刭|(zhì)巖層中則主要是細(xì)砂巖與粗砂巖兩種巖土類型;在該開(kāi)采掘進(jìn)煤層西段的地質(zhì)巖層中，直接頂結(jié)構(gòu)部分的地質(zhì)巖層為2 m 厚的9#礦井煤以煤巖互層，巖層上覆蓋的巖土類型主要有砂質(zhì)泥巖以及細(xì)砂巖、粗砂巖。最后，根據(jù)該開(kāi)采掘進(jìn)煤礦礦井的井下巷道施工錨索穿過(guò)巖層的情況來(lái)看，該煤礦的開(kāi)采掘進(jìn)煤層中上覆砂巖中含有裂隙水，在煤礦礦井的開(kāi)采掘進(jìn)施工中，對(duì)于煤礦煤層的開(kāi)采掘進(jìn)穩(wěn)定性也有一定的不利影響。

在該煤礦的開(kāi)采生產(chǎn)過(guò)程中，9#礦井的開(kāi)采煤層頂?shù)装褰Y(jié)構(gòu)主要為炭質(zhì)泥巖巖層，具有性脆、層節(jié)理以及裂隙發(fā)育、遇水軟化、強(qiáng)風(fēng)化等特征，因此，使得該煤礦礦井的開(kāi)采掘進(jìn)斷面屬于軟弱破碎巖層中的特大斷面形式，在進(jìn)行煤礦斷面的開(kāi)采掘進(jìn)施工中，需要采用相關(guān)的掘進(jìn)以及開(kāi)采支護(hù)技術(shù)，以保證軟弱破碎巖層開(kāi)采過(guò)程中的穩(wěn)定性，保證煤礦礦井的開(kāi)采生產(chǎn)安全。

3 不穩(wěn)定巖層的掘進(jìn)支護(hù)技術(shù)

根據(jù)上述所描述的同煤集團(tuán)永定莊煤業(yè)開(kāi)采掘進(jìn)斷面地質(zhì)結(jié)構(gòu)與巖層特性，在進(jìn)行該煤礦斷面的掘進(jìn)開(kāi)采過(guò)程中，為了避免巖層不穩(wěn)定性對(duì)于開(kāi)采掘進(jìn)工作的影響，上述煤礦專門(mén)采用了“錨桿+鋼筋焊接網(wǎng)”支護(hù)形式作為掘進(jìn)施工中的基本支護(hù)技術(shù)。同時(shí)，使用快速承載預(yù)應(yīng)力錨索作為掘進(jìn)施工中的加強(qiáng)支護(hù)技術(shù)，以保證該煤礦斷面的開(kāi)采掘進(jìn)施工順利。下文將從煤礦斷面錨固支護(hù)中各種錨固材料的選擇應(yīng)用上，對(duì)于煤礦斷面掘進(jìn)施工中的錨固支護(hù)技術(shù)進(jìn)行分析。

1)在進(jìn)行上述煤礦斷面的掘進(jìn)施工中，應(yīng)根據(jù)對(duì)于煤礦開(kāi)采掘進(jìn)斷面支護(hù)方式，在結(jié)合煤礦開(kāi)采掘進(jìn)斷面支護(hù)應(yīng)用實(shí)際的情況下，對(duì)于支護(hù)錨桿的鉆孔直徑以及錨桿直徑，與錨固劑直徑的最佳匹配選擇進(jìn)行考慮，根據(jù)掘進(jìn)施工中錨固支護(hù)的長(zhǎng)度要求，一般選擇S2360 型號(hào)和Z2360 型號(hào)的兩種樹(shù)脂型錨固劑，進(jìn)行上述煤礦斷面的掘進(jìn)錨固支護(hù)應(yīng)用。在上述兩種錨固劑類型中，S2360 型錨固劑是一種快速和中速各在一端的雙速錨固劑，通常這種錨固劑多使用紅色表示快速段，使用白色表示中速段。在進(jìn)行錨固劑的安裝過(guò)程中，多將雙速錨固劑的快速段放置在孔底進(jìn)行安裝應(yīng)用。

2)在進(jìn)行上述煤礦礦井?dāng)嗝娴拈_(kāi)采掘進(jìn)施工中，對(duì)于錨固支護(hù)所使用錨索的選擇，應(yīng)根據(jù)開(kāi)采掘進(jìn)煤層的圍巖特性以及開(kāi)采掘進(jìn)煤層斷面的尺寸大小，多選擇使用直徑為17.8 mm，同時(shí)破斷力為350 kN 的7 股鋼絞線作為錨固支護(hù)使用的錨索材料。此外，煤層斷面開(kāi)采掘進(jìn)支護(hù)過(guò)程中所使用錨索材料的技術(shù)參數(shù)情況如下，首先，進(jìn)行開(kāi)采掘進(jìn)煤層斷面錨固支護(hù)使用的低松弛鋼絞線的直徑大小為17.8 mm，錨索鋼絞線的直徑偏差在0.2～0.4 mm 之間，鋼絞線的重量約為每千米1 500 kg，鋼絞線等級(jí)強(qiáng)度約為1 720～1 860 MPa，其中，鋼絞線的最小破斷負(fù)荷約為327～353 kN，屈服負(fù)荷約為294～318 kN 之間。此外，選用該種類型的鋼絞線作為錨索，其最小伸長(zhǎng)率約為3. 5%，并且在錨固使用1 000 h 后的松弛程度不超過(guò)2.5%，具有較好的錨固應(yīng)用性能特征。

3)在進(jìn)行上述煤礦斷面的開(kāi)采掘進(jìn)錨固支護(hù)中，由于進(jìn)行開(kāi)采掘進(jìn)的煤礦煤層斷面為大斷面巷道，本身具有跨度情況比較大以及邊墻比較高、圍巖層節(jié)理裂隙發(fā)育等特征，因此，在進(jìn)行煤礦斷面的開(kāi)采掘進(jìn)過(guò)程中，為了保證煤礦斷面的開(kāi)采掘進(jìn)安全順利，在開(kāi)采掘進(jìn)斷面的頂板以及兩幫結(jié)構(gòu)處統(tǒng)一使用直徑為20 mm 的高強(qiáng)度螺紋鋼錨桿進(jìn)行錨固支護(hù)應(yīng)用，其中，支護(hù)錨桿的長(zhǎng)度約為2.2 m。此外，進(jìn)行煤礦斷面掘進(jìn)支護(hù)中，由于進(jìn)行錨固支護(hù)使用的金屬焊接網(wǎng)的網(wǎng)孔尺寸為100～125 mm，因此，進(jìn)行錨固支護(hù)應(yīng)用的錨桿托板應(yīng)選擇厚度為10 mm、寬度為150 mm 的鋼板壓制成的穹形多功能托板作為錨桿托板，而錨索托板應(yīng)使用厚度為14 mm、長(zhǎng)寬為300 mm 的鋼板進(jìn)行錨固支護(hù)應(yīng)用。在進(jìn)行煤礦斷面支護(hù)中，支護(hù)圍巖具有一定的封閉性作用，錨固支護(hù)中需要通過(guò)噴射混凝土進(jìn)行支護(hù)，而對(duì)于錨固使用的鋼筋焊接網(wǎng)則使用直徑為6.5 mm 的鋼筋，以網(wǎng)孔大小為100 mm×100 mm 的尺寸進(jìn)行制作形成，整個(gè)鋼筋網(wǎng)的寬度約為1.1 m，鋼筋網(wǎng)長(zhǎng)度可以根據(jù)施工情況進(jìn)行設(shè)置。

最后，在對(duì)于支護(hù)使用錨桿以及錨索錨固長(zhǎng)度的確定中，需要根據(jù)錨固巖層的強(qiáng)度情況，通過(guò)相應(yīng)計(jì)算公式計(jì)算得出。比如，錨桿錨固長(zhǎng)度計(jì)算確定中，以泥巖為例，錨固長(zhǎng)度計(jì)算公式為(1)所示。式中Pm為設(shè)計(jì)錨固力，R為錨桿孔半徑，τ 為樹(shù)脂藥卷與鉆孔壁的粘結(jié)強(qiáng)度情況。

4 結(jié)語(yǔ)

總之，進(jìn)行不穩(wěn)定圍巖條件下煤礦巷道掘進(jìn)支護(hù)技術(shù)的應(yīng)用分析，不僅有利于提高煤礦巷道開(kāi)采掘進(jìn)支護(hù)技術(shù)水平，保證煤礦掘進(jìn)開(kāi)采安全，同時(shí)對(duì)于促進(jìn)煤礦安全生產(chǎn)與發(fā)展也有積極作用和意義。

［1］ 楊曉光.錨網(wǎng)噴支護(hù)在開(kāi)灤范各莊礦業(yè)公司四水平巖石巷道中的應(yīng)用［J］.科技信息，2012(33).

［2］ 楊開(kāi)安，趙茂森，肖子興，等.厚層破碎復(fù)合頂板巷道錨注支護(hù)技術(shù)［J］.西安科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2013(4).