賀小勇

(山西中陽鋼鐵集團(tuán)有限公司，山西　呂梁　033402)

?

·技術(shù)經(jīng)驗(yàn)·

錨索桁架在改進(jìn)大斷面煤巷支護(hù)中的應(yīng)用

賀小勇

(山西中陽鋼鐵集團(tuán)有限公司，山西呂梁033402)

針對(duì)山西某礦20103綜放工作面區(qū)段運(yùn)輸平巷在巷道開掘后出現(xiàn)的頂板破碎和兩幫變形嚴(yán)重等技術(shù)難題，基于預(yù)應(yīng)力錨索桁架支護(hù)原理，結(jié)合該礦實(shí)際開采地質(zhì)條件，設(shè)計(jì)并優(yōu)化了聯(lián)合支護(hù)方案中的錨索桁架支護(hù)參數(shù)?，F(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)結(jié)果表明，以非對(duì)稱錨索桁架為主的聯(lián)合控制技術(shù)能夠解決綜放工作面大斷面煤巷的支護(hù)難題。

綜放工作面；大斷面煤巷；錨索桁架；非對(duì)稱支護(hù)

1　工程概況

山西某礦20103綜放工作面的北部為20105工作面采空區(qū)，兩工作面間的區(qū)段煤柱寬度為8 m，20103工作面的南部為尚未開采的20101工作面。其中，20103工作面傾向長度261 m，走向長度1 231.7 m.20103區(qū)段運(yùn)輸平巷于20105工作面回采結(jié)束后2個(gè)月開始掘進(jìn)，現(xiàn)20103區(qū)段運(yùn)輸平巷已經(jīng)掘進(jìn)完畢。20103工作面布置見圖1.

圖1　20103工作面布置示意圖

20103工作面煤層賦存穩(wěn)定，鉆孔揭露煤層平均厚度6.28 m.煤層結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，一般含1～2層炭質(zhì)泥巖、泥巖夾矸。20103工作面運(yùn)輸平巷為矩形斷面，掘進(jìn)斷面規(guī)格為寬5 600 mm×高3 550 mm，采用錨、網(wǎng)、索、鋼筋梯子梁聯(lián)合支護(hù)方式，原有具體支護(hù)方案見圖2.

圖2　原有支護(hù)方案示意圖

2　20103區(qū)段運(yùn)輸平巷礦壓顯現(xiàn)分析

20103工作面區(qū)段運(yùn)輸平巷在相鄰20105工作面開采結(jié)束后不久進(jìn)行掘進(jìn)，受20105工作面上覆巖層運(yùn)動(dòng)及未穩(wěn)定支承壓力的影響，且在掘進(jìn)過程中揭露較多小構(gòu)造，圍巖整體穩(wěn)定性較差，在原有的支護(hù)方案下，巷道礦壓顯現(xiàn)情況如下：

1) 頂板整體性較差，局部破碎。由于煤體強(qiáng)度較弱，圍巖整體性較差，在頂板大結(jié)構(gòu)的強(qiáng)水平擠壓運(yùn)動(dòng)及巷道幫角上方附近頂板剪切應(yīng)力的作用下，煤體易產(chǎn)生破壞，加之局部區(qū)域小構(gòu)造影響，頂板較為破碎，局部區(qū)域出現(xiàn)冒頂，冒頂最大高度可達(dá)1 m以上；由于頂板大結(jié)構(gòu)的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)作用，巷道頂板淺部圍巖存在明顯內(nèi)擠變形，位于巷道中部區(qū)域的W鋼帶受擠壓向下凸出現(xiàn)象較為普遍。

2) 兩幫變形嚴(yán)重。巷道煤柱幫側(cè)變形量較大，局部區(qū)域網(wǎng)兜明顯，個(gè)別區(qū)域出現(xiàn)片幫及煤柱整體內(nèi)擠變形；實(shí)體煤幫側(cè)變形稍小，巷幫表面煤體較破碎，變形和擴(kuò)容現(xiàn)象明顯，局部區(qū)域發(fā)生片幫，片幫深度最大可達(dá)1 m左右。

3) 對(duì)20103巷道圍巖破壞情況進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)礦壓觀測(cè)，巷道礦壓顯現(xiàn)強(qiáng)烈段頻率很高，占到整個(gè)調(diào)研巷道的59.6%.礦壓顯現(xiàn)主要位置集中在2個(gè)頂角處、巷道中部和未支護(hù)的巷幫底部，3個(gè)位置占礦壓顯現(xiàn)段的頻率依次為45.2%、25.8%、22.6%.

3　20103區(qū)段運(yùn)輸平巷控制對(duì)策

1) 采用強(qiáng)度高、延伸量大的錨桿支護(hù)。

錨桿強(qiáng)度增高后使得支護(hù)阻力大大增強(qiáng)，圍巖塑性區(qū)及破碎區(qū)發(fā)展得到控制、塑性區(qū)流變速度減緩，圍巖變形減小[1]；延伸量大的錨桿允許圍巖變形量相應(yīng)加大[2]，圍巖應(yīng)力降低、錨桿載荷減少，錨桿破斷風(fēng)險(xiǎn)降低，巷道維護(hù)狀況得到有效改善。

2) 高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力錨索支護(hù)。

通過采用高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力錨索補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)，對(duì)巷道松動(dòng)圈內(nèi)的煤巖進(jìn)一步加固，將其錨固到深部穩(wěn)定圍巖中[3-4].由于高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力錨索的預(yù)緊力和承載能力得到加強(qiáng)，進(jìn)一步加強(qiáng)了錨桿在頂板支護(hù)中形成組合梁作用，使淺部的組合梁更牢固地懸吊在頂板老頂內(nèi)。補(bǔ)強(qiáng)后的錨索、錨桿共同作用力相互疊加，組合形成了更穩(wěn)定的新巖梁。這個(gè)新巖梁厚度、剛度、巖層間抗剪強(qiáng)度均得到成倍增加，改善了巷道受力條件，充分調(diào)動(dòng)了深部穩(wěn)定圍巖的承載能力，使頂板得到有效控制，片幫問題也較好地得到了解決。

3) 改進(jìn)支護(hù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。

一般情況下，錨桿(索)支護(hù)主要采用懸吊理論，解決復(fù)雜條件下的高地應(yīng)力煤巷、厚軟巖巷道等支護(hù)難題已不能完全發(fā)揮作用。為了更好地發(fā)揮單體錨索和錨桿的共同作用，利用錨桿控制巷道淺部圍巖的性能，將鋼絞線預(yù)拉力桁架作用于受壓狀態(tài)的巷道兩肩窩部位，以兩肩窩深部巖體作為錨固點(diǎn)和承載結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)，采用高預(yù)拉力對(duì)拉并鎖緊2根鋼絞線，直接作用于頂板淺部的圍巖，提供水平預(yù)應(yīng)力改善頂板受力狀態(tài)，使低位巖體的力學(xué)性能得到強(qiáng)化、抗變形性能得到提高，以及層狀頂板的不協(xié)調(diào)變形得到控制[5-6].

4) 分區(qū)治理。

不同位置的礦壓情況差異較大，礦壓顯現(xiàn)亦明顯不同。20103工作面區(qū)段運(yùn)輸平巷在相鄰20105工作面開采結(jié)束2個(gè)月后進(jìn)行掘進(jìn)，受20105工作面上覆巖層運(yùn)動(dòng)及未穩(wěn)定支承壓力的影響，原有支護(hù)方案不能滿足采動(dòng)影響下巷道穩(wěn)定的需要，需進(jìn)行二次加固，這一區(qū)域?yàn)榇庸虆^(qū)域，支護(hù)的關(guān)鍵是保持窄煤柱的穩(wěn)定性[7]，巷道對(duì)支護(hù)要求要更側(cè)重于窄煤柱側(cè)的支護(hù)。

4　工程實(shí)踐

4.1改進(jìn)后的支護(hù)方案

通過對(duì)20103區(qū)段運(yùn)輸平巷巷道圍巖特點(diǎn)、巷道支護(hù)要求和圍巖控制機(jī)理與技術(shù)進(jìn)行理論分析，提出20103工作面區(qū)段運(yùn)輸平巷改進(jìn)支護(hù)方案采用“簡式復(fù)合錨索桁架+雙側(cè)角錨索+新型預(yù)應(yīng)力錨索桁架”的聯(lián)合支護(hù)方式，并且對(duì)頂板金屬網(wǎng)和巷道兩幫錨桿、錨索規(guī)格及間距進(jìn)行了調(diào)整。具體支護(hù)方案見圖3.

圖3　改進(jìn)后支護(hù)方案示意圖

4.2巷道圍巖控制效果分析

在20103工作面區(qū)段運(yùn)輸平巷內(nèi)距工作面開切眼110 m位置設(shè)礦壓觀測(cè)站，對(duì)圍巖表面位移、頂板離層狀況進(jìn)行觀測(cè)。巷道圍巖變形量隨工作面距離變化曲線見圖4.

從圖4可以得出，距工作面前方50 m時(shí)，圍巖變形基本不受采動(dòng)影響，圍巖變形呈現(xiàn)緩慢增長趨勢(shì)曲線沒有太大波動(dòng)；工作面至距測(cè)站35 m時(shí)圍巖變形開始有顯著增長，此時(shí)測(cè)站受采動(dòng)影響較為劇烈，呈現(xiàn)快速增長趨勢(shì)，且兩幫變形速度及變形量均大于頂?shù)装?，但圍巖總體移近量并不大，尤其就頂?shù)装逡平慷员３忠粋€(gè)相對(duì)較小值。截止工作面推至測(cè)站，巷道頂板累計(jì)下沉量165 mm，兩幫累計(jì)移近量122 mm，巷道變形量在安全范圍之內(nèi)。

5　結(jié)　論

1) 根據(jù)巷道圍巖穩(wěn)定性控制原理，在分析總結(jié)當(dāng)前綜放沿空大斷面煤巷錨固支護(hù)技術(shù)基礎(chǔ)上，提出了“強(qiáng)頂、減跨補(bǔ)強(qiáng)、分區(qū)治理”修復(fù)思路，并在原支護(hù)基礎(chǔ)上采用非對(duì)稱“多錨索-鋼筋組合圈梁-槽鋼”的修復(fù)技術(shù)方案，且槽鋼梁位于彎矩和撓度的“重心”位置。

圖4　巷道圍巖變形量隨工作面距離變化曲線圖

2) 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果表明，在采動(dòng)影響范圍內(nèi)頂板最大累計(jì)下沉量為165 mm，最大累計(jì)下沉速度為9 mm/d；兩幫最大累計(jì)移近量為122 mm，最大累計(jì)移近速度為9.2 mm/d.采取修復(fù)支護(hù)方案后，20103工作面區(qū)段運(yùn)輸平巷在工作面采動(dòng)作用下基本無離層現(xiàn)象，巷道維護(hù)狀態(tài)比較穩(wěn)定。

3) 本文提出的窄煤柱大斷面綜放面受損動(dòng)壓回采煤巷采取的錨索桁架配合頂板角錨索支護(hù)設(shè)計(jì)方法合理，安全可靠，對(duì)類似工程可提供借鑒。

[1]董方庭．巷道圍巖松動(dòng)圈支護(hù)理論及應(yīng)用技術(shù)[M].北京：煤炭工業(yè)出版社，2001：42-48.

[2]楊雙鎖．回采巷道圍巖控制理論及錨固結(jié)構(gòu)支護(hù)原理[M].北京：煤炭工業(yè)出版社，2004：105-110.

[3]李建軍.大斷面沿空巷道錨索桁架聯(lián)合控制技術(shù)[J].煤炭技術(shù)，2013，32(2)：61-62.

[4]康紅普，林建，吳擁政．全斷面高預(yù)應(yīng)力強(qiáng)力錨索支護(hù)技術(shù)及其在動(dòng)壓巷道中的應(yīng)用[J].煤炭學(xué)報(bào)，2009，34(9)：1153-1159.

[5]孫曉明，何滿潮，馮增強(qiáng)．深部松軟破碎煤層巷道錨網(wǎng)索支護(hù)技術(shù)研究[J].煤炭科學(xué)技術(shù)，2005，33(3)：47-50.

[6]何富連，殷東平，嚴(yán)紅,等．采動(dòng)垮冒型頂板煤巷強(qiáng)力錨索桁架支護(hù)系統(tǒng)試驗(yàn)[J].煤炭科學(xué)技術(shù)，2011，39(2)：1-5.

[7]苑振山.楊家灣煤礦復(fù)式錨索桁架支護(hù)技術(shù)的探索與實(shí)踐[J].西北煤炭，2008，6(3)：25-27.

Application of Anchor Truss in Improving Coal Roadway Supporting of Large Section

HE Xiaoyong

Aiming at the technical problems of roadway roof breakage and two sides severe deformation of section transport drift in a mine 20103 fully mechanized caving face after the roadway excavation. Based on the supporting principle of prestress anchor truss, combines with the actual mining geological conditions, designs and optimizes the anchor truss supporting parameters in the combination supporting scheme. The measured results show that the combined control technique in a primarily asymmetric anchor truss can solve the supporting problem of large section roadway in fully mechanized caving face.

Fully mechanized caving face; Large section roadway; Anchor truss; Asymmetric supporting

2016-02-19

賀小勇(1970—)，男，山西呂梁人，1992年畢業(yè)于大同煤校，工程師，主要從事煤礦生產(chǎn)技術(shù)及管理方面的工作(E-mail)331716811@qq.com

TD353

A

1672-0652(2016)03-0022-03