李建兵孫文生

（1.沁和能源集團(tuán)有限公司，山西省晉城市，048007；2.山西晉煤集團(tuán)澤州天安高都煤業(yè)有限公司，山西省晉城市，048004）

錨網(wǎng)支護(hù)技術(shù)在整合煤礦刷大擴(kuò)巷中的應(yīng)用實(shí)踐

李建兵1孫文生2

（1.沁和能源集團(tuán)有限公司，山西省晉城市，048007；2.山西晉煤集團(tuán)澤州天安高都煤業(yè)有限公司，山西省晉城市，048004）

以山西晉煤集團(tuán)整合礦高都煤礦為工程背景，為使礦井盡快運(yùn)營(yíng)投產(chǎn)并降低基建投資，在原有木棚支護(hù)的舊巷基礎(chǔ)上刷大巷道的斷面，并采用錨網(wǎng)支護(hù)，取得較好支護(hù)效果。

整合煤礦 刷大擴(kuò)巷 錨網(wǎng)支護(hù)

許多資源整合建設(shè)礦井在改造前是小煤窯作坊式開采，各種配套設(shè)施均不能滿足整改后高產(chǎn)高效集約化生產(chǎn)要求。煤礦重組后出于多方面因素考慮，包括通風(fēng)、人員設(shè)備運(yùn)輸、生產(chǎn)成本等，需要對(duì)部分盤區(qū)或工作面巷道進(jìn)行擴(kuò)巷改造。此類巷道一般采用架設(shè)木棚被動(dòng)支護(hù)，技術(shù)相對(duì)落后，擴(kuò)巷過(guò)程中容易產(chǎn)生頂板冒落或大面積冒頂事故。目前，錨桿支護(hù)已成為煤礦巷道首選主要支護(hù)方式，因此，為使兼并重組礦井達(dá)到整合后的生產(chǎn)能力，同時(shí)提高掘巷速度和降低生產(chǎn)成本，認(rèn)為刷大巷道進(jìn)行錨網(wǎng)支護(hù)替代架棚是一項(xiàng)切實(shí)可行的關(guān)鍵措施。

1　工程背景

以山西晉煤集團(tuán)高都礦為例，根據(jù)山西省煤礦企業(yè)兼并重組整合工作文件，高都礦由A、B和C 3座煤礦兼并重組整合而成，如圖1所示。3座煤礦對(duì)3#煤層的開采已完畢，并進(jìn)行了閉坑，9#煤層零星可采，不具備規(guī)模開采條件，目前都在開采15#煤層。兼并重組整合后的高都煤礦采用斜立井混合開拓方式，高檔普采采煤工藝，充分利用已有工程，即以A煤礦已有的井筒和工業(yè)場(chǎng)地為基礎(chǔ)，刷大A、B、C三礦原有巷道作為盤區(qū)巷道。

2　工作面概況

2.1生產(chǎn)地質(zhì)條件

整合各礦主采15#煤層，該煤層厚1.94～3.15 m，平均厚2.46 m，煤層結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單-復(fù)雜，含0～4層矸石，矸石多分布于中部，矸石厚0.01～0.41 m。煤層直接頂板為灰?guī)r，厚度約9.14 m，深灰色，致密堅(jiān)硬，全區(qū)穩(wěn)定，單向抗壓強(qiáng)度53.6～212.9 MPa，平均101.6 MPa；單向抗拉強(qiáng)度2.2～6.1 MPa，平均為4.0 MPa，抗剪強(qiáng)度5.7～16.0 MPa，平均13.2 MPa，屬堅(jiān)硬型頂板?；?guī)r下局部有薄層炭質(zhì)泥巖，厚0～0.30 m，一般厚0.20 m；底板為泥巖，厚約1.10 m。

圖1　高都煤礦整改前后礦界圖

井田地質(zhì)構(gòu)造主要以褶曲為主，未發(fā)現(xiàn)斷層、陷落柱構(gòu)造，總體屬簡(jiǎn)單類型，褶曲主要有4條，褶曲寬緩，其產(chǎn)生的水平應(yīng)力對(duì)巷道施工影響較小。

2.2原工作面巷道概況

整合前，盤區(qū)巷道各屬A、B、C 3座小煤窯，盤區(qū)巷道采用梯形斷面，斷面高2600 mm，上寬2600 mm，下寬3000 mm，采用木點(diǎn)柱進(jìn)行支護(hù)，即在巷道正中打設(shè)一排木點(diǎn)柱，對(duì)于圍巖破碎區(qū)域采用木垛或架棚進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)。整合后，A、B、C 3座小煤窯進(jìn)行整合改名為高都煤礦，而原來(lái)各礦盤區(qū)大巷由于斷面較小，幫部變形大，無(wú)法滿足高都煤礦生產(chǎn)、運(yùn)輸及通風(fēng)的要求。高都煤礦為了提高生產(chǎn)能力，對(duì)原來(lái)各屬3座煤礦的生產(chǎn)系統(tǒng)進(jìn)行了改造，根據(jù)運(yùn)輸和通風(fēng)的要求，新設(shè)計(jì)斷面為矩形，寬度不小于5000 mm，高度不低于2600 mm，對(duì)各屬3個(gè)小煤窯的盤區(qū)大巷進(jìn)行擴(kuò)幫處理，并重新進(jìn)行支護(hù)。

2.3巷道設(shè)計(jì)改造方案

根據(jù)原盤區(qū)巷道地質(zhì)條件可知，3個(gè)小煤窯的盤區(qū)巷道均沿15#煤層頂板掘進(jìn)，15#煤層頂板為石灰?guī)r，強(qiáng)度高、完整性好，適合采用錨網(wǎng)索支護(hù)技術(shù)。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)條件和工程類比方法，初步制定了兩個(gè)原盤區(qū)巷道改造方案。

第一方案盤區(qū)巷道擴(kuò)幫后，及時(shí)采用全錨桿支護(hù)，撤出木點(diǎn)柱，幫錨桿間距1600 mm，排距1500 mm，頂錨桿間排距均為1500 mm。

第二方案盤區(qū)巷道擴(kuò)幫后，及時(shí)采用錨桿和錨索聯(lián)合支護(hù)，撤出木點(diǎn)柱，幫錨桿和頂錨桿間排距與第一方案相同，但頂板正中間增加打設(shè)1根錨索，錨索排距6000 mm。

為了對(duì)比兩種改造方案的優(yōu)劣，采用數(shù)值模擬的方法對(duì)兩種方案進(jìn)行分析。

3　數(shù)值計(jì)算

利用數(shù)值計(jì)算軟件FLAC對(duì)巷道刷大之后的兩種支護(hù)參數(shù)進(jìn)行模擬，按照高都煤礦實(shí)際工程地質(zhì)狀況建立模型，模型共劃分139200個(gè)單元，147559個(gè)節(jié)點(diǎn)。三維模型的邊界條件為四周采用鉸支，底部采用固支，上部為自由邊界。支護(hù)材料參數(shù)從礦方常用的材料中選取。

對(duì)巷道表面頂板、底板、左幫和右?guī)椭胁奎c(diǎn)的位移進(jìn)行了監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)結(jié)果見(jiàn)圖2。

圖2　巷道圍巖變形量曲線

從監(jiān)測(cè)結(jié)果可以看出，不同支護(hù)方式下巷道兩幫的變形隨工作面的推進(jìn)及時(shí)間的變化趨勢(shì)相同。巷道頂板和底板的變形隨工作面的推進(jìn)和時(shí)間變化有所區(qū)別，巷道底板由于沒(méi)有錨桿或錨索等支護(hù)結(jié)構(gòu)，其在開始階段變形很快，隨后逐漸趨于穩(wěn)定，而巷道頂板由于施工了錨桿錨索等支護(hù)結(jié)構(gòu)，其在初期的變形受到了很大的抑制作用，因此其隨著掘進(jìn)工作面的推進(jìn)和時(shí)間的增加變形較為緩慢并逐漸趨于穩(wěn)定。另外，從頂板下沉曲線數(shù)值來(lái)看，第二種支護(hù)方案巷道頂板下沉量較第一種支護(hù)方案巷道頂板下沉量明顯減小。

4　支護(hù)方案

根據(jù)數(shù)值計(jì)算結(jié)果進(jìn)行多方案比較后，確定高都煤礦盤區(qū)運(yùn)輸大巷采用第二種支護(hù)方案進(jìn)行施工，原各屬于小煤窯的盤區(qū)大巷斷面小，支護(hù)質(zhì)量差，不能保證高都礦生產(chǎn)運(yùn)輸?shù)囊?，改造后的盤區(qū)運(yùn)輸大巷斷面尺寸為5000 mm×2600 mm，主要為整個(gè)開采水平的通風(fēng)和煤炭運(yùn)輸提供服務(wù)。

（1）頂板支護(hù)。頂板采用屈服強(qiáng)度為400 MPa的左旋無(wú)縱筋螺紋鋼筋錨桿，錨桿規(guī)格?20 mm× 2400 mm，錨固采用MSZ2360和MSK2335的樹脂錨固劑各1支，錨桿間排距1.5 m×1.5 m，預(yù)緊扭矩300 Nm，錨桿配合拱型高強(qiáng)度托板使用，托板尺寸為150 mm×150 mm×10 mm，鋼材型號(hào)Q235，托板拱高不低于36 mm，每排錨桿之間采用兩根?14 mm的鋼筋梯梁進(jìn)行聯(lián)接；經(jīng)緯網(wǎng)由10#鐵絲編制而成，網(wǎng)孔規(guī)格為50 mm×50 mm，規(guī)格為5.2 m×1.6 m。另外，還采用規(guī)格?15.24 mm×5300 mm錨索，配合高強(qiáng)度鎖具和拱形可調(diào)心托板，托板尺寸為300 mm×300 mm ×16 mm，承載能力與錨索性能相匹配，采用2支MSZ2360、1支MSK2335的樹脂加長(zhǎng)錨固劑，每隔4排錨桿在巷道正中間打設(shè)1根錨索，排距6000 mm，錨索預(yù)緊力150 k N。

（2）巷幫支護(hù)。巷幫錨桿型號(hào)與錨固方式與頂板相同，間排距1.6 m×1.5 m，預(yù)緊扭矩300 Nm，每排錨桿之間采用兩根φ14 mm的鋼筋梯梁進(jìn)行聯(lián)接，用2.6 m×1.6 m的經(jīng)緯網(wǎng)護(hù)幫。

5　巷道位移監(jiān)測(cè)

在距盤區(qū)運(yùn)輸大巷起始段100 m和200 m處采用十字布點(diǎn)法布置了1號(hào)測(cè)站和2號(hào)測(cè)站，兩個(gè)測(cè)站主要監(jiān)測(cè)巷道頂板移近量、兩幫移近量、左幫移近量、頂板淺部離層值、深部離層值和總離層值，監(jiān)測(cè)結(jié)果如圖3所示。

圖3　刷大巷道圍巖變形曲線

由圖3（a）可知，1#測(cè)站巷道兩幫最大移近量為28 mm，為初始巷道寬度的0.56%，巷道頂?shù)装遄畲笠平繛?0 mm，為巷道初始高度的0.38%；2#測(cè)站巷道兩幫最大移近量為29 mm，為初始巷道寬度的0.57%，巷道頂?shù)装遄畲笠平繛? mm，為巷道初始高度的0.2%?？傮w來(lái)看，巷道變形量均不大，在控制范圍之內(nèi)。

由圖3（b）可知，1#測(cè)點(diǎn)處巷道淺部離層為3 mm，深部離層為5 mm，總離層值為8 mm；2#測(cè)點(diǎn)處巷道淺部離層為4 mm，深部離層為3 mm，總離層值為7 mm；頂板離層不大，巷道圍巖保持了很好的完整性。

6　結(jié)論

井下工業(yè)試驗(yàn)表明，高預(yù)應(yīng)力錨桿錨索聯(lián)合支護(hù)有效控制了整合礦井刷大巷道圍巖的變形，提高了圍巖的完整性和穩(wěn)定性。高預(yù)應(yīng)力錨桿錨索支護(hù)系統(tǒng)是適合此類巷道的一種安全、有效和經(jīng)濟(jì)的支護(hù)方式。

［1］ 李峰.大變形條件下錨桿支護(hù)巷道刷大擴(kuò)巷技術(shù)應(yīng)用實(shí)踐［J］.煤，2008（10）

［2］ 王永政.強(qiáng)烈變形后錨網(wǎng)支護(hù)巷道的刷大改造技術(shù)實(shí)踐［J］.煤，2012（7）

［3］ 張慶華.特厚煤層沿底板掘進(jìn)巷道及大斷面切眼錨網(wǎng)支護(hù)研究與實(shí)踐［J］.中國(guó)煤炭，2014（12）

［4］ 王旭宏，王玉懷，夏歡閣等.復(fù)雜條件下回采巷道錨網(wǎng)索支護(hù)參數(shù)優(yōu)化研究［J］.中國(guó)煤炭，2010（3）

［5］ 何濤，孫伯樂(lè)，楊博.木棚支護(hù)條件下的舊巷道斷面刷大工藝優(yōu)化及錨固支護(hù)參數(shù)的確定［J］.山西煤炭，2012（1）

［6］ 何濤.全煤巷道斷面刷大開挖順序及支護(hù)方案研究［D］.太原理工大學(xué)，2012

［7］ 康紅普，王金華等.煤巷錨桿支護(hù)理論與成套技術(shù)［M］.北京:煤炭工業(yè)出版社，2007

（責(zé)任編輯 張毅玲）

★ 煤炭科技·機(jī)電與信息化★

Application practice of bolt-mesh support technique in roadway enlarging in integrated coal mine

Li Jianbing1，Sun Wensheng2
（1.Qinhe Energy Group Co.，Ltd.，Jincheng，Shanxi 048007，China；2.Zezhou Tianan Gaodu Coal Industry Co.，Ltd.，Jincheng Anthracite Mining Group，Jincheng，Shanxi 048004，China）

Taking the integrated mine Gaodu Coal Mine of Jincheng Anthracite Mining Group as the engineering background，in order to make mine go into production as soon as possible and reduce the investment of capital construction，the roadway section was enlarged on the basis of old roadway with wooden shed support，then the bolt-mesh support was adopted and it achieved preferable support effect.

integrated coal mine，roadway enlarging，bolt-mesh support

TD353

A

李建兵（1973-），男，高級(jí)工程師，沁和能源集團(tuán)有限公司總工程師。