李殿祥

摘 要：東海礦現(xiàn)處在深井開采階段，工作面回采階段巷道礦壓顯現(xiàn)異常劇烈，巷道收縮變形量大，在礦壓觀測基礎(chǔ)上，通過理論分析和研究，優(yōu)化巷道支護(hù)參數(shù) ，提高支護(hù)強(qiáng)度，對先期回采巷道錨網(wǎng)索支護(hù)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計，控制了巷道圍巖大的收縮變形，保證了礦井的安全生產(chǎn)。

關(guān)鍵詞：深井；圍巖控制、錨網(wǎng)索

雞西分公司東海煤礦井田位于黑龍江省東部，井田東西走向11公里，南北傾向3公里，井田面積33平方公里。井田內(nèi)斷層發(fā)育、縱橫交錯，褶曲現(xiàn)象頻繁，地質(zhì)夠造非常復(fù)雜。東海礦五采區(qū)32#煤層現(xiàn)已開拓延伸至四水平底部，距地表垂直深度已達(dá)1100多米，在深井開采礦壓顯現(xiàn)日趨劇烈情況下，不斷優(yōu)化高強(qiáng)度錨桿、錨索、金屬網(wǎng)、“W”鋼帶聯(lián)合支護(hù)設(shè)計與材料選型，32#層右十一采面回風(fēng)順槽通過優(yōu)化支護(hù)技術(shù)參數(shù)和斷面設(shè)計成功控制巷道圍巖大變形，取得了一定成效，保證了安全生產(chǎn)。

1 深井礦壓顯現(xiàn)原因分析

隨著礦井開采的不斷延伸，礦井進(jìn)入深部層開采后，由于煤巖層自重壓力的增大，巷道主要表現(xiàn)在巷道圍巖變軟，圍巖面易發(fā)生爆裂，巷道圍巖三向受力狀態(tài)發(fā)生改變，加上深部層開采頂板壓力變大，造成巷道圍巖的擠壓破壞，隨著擠壓破壞向深部層發(fā)展，引起煤巖體裂隙擴(kuò)張和體積膨脹，造成巷道煤巖層彎曲變形，彎曲拉應(yīng)力逐漸變大，導(dǎo)致巷道頂板、巷幫煤巖體的破壞，尤其回采工作面上回風(fēng)順槽受工作面超前動壓與上部沿空采空區(qū)殘余應(yīng)力釋放疊加的影響，造成巷道變形嚴(yán)重、巷道斷面的收縮量極聚增大，嚴(yán)重影響到礦井的安全生產(chǎn)。先期錨網(wǎng)索支護(hù)設(shè)計很難滿足現(xiàn)在深井開采安全生產(chǎn)的需要，必須不斷優(yōu)化支護(hù)設(shè)計才能保證礦井安全生產(chǎn)。

2 巷道工程概況

五采區(qū)32#層左十二路采面上回風(fēng)順槽埋深1020米，工作面開切眼185米，上回風(fēng)順槽走向660米，沿煤層頂板掘進(jìn)施工，與左十一路采空區(qū)留設(shè)5米寬區(qū)段煤柱。左十二路采面回風(fēng)順槽礦壓觀測回采期間工作面超前動壓影響范圍已達(dá)150米范圍，巷道圍巖變形嚴(yán)重地段在工作面超前50米范圍，巷道兩幫移近量最大達(dá)2.0米，頂?shù)资湛s量達(dá)1.5米。

3 優(yōu)化支護(hù)方案設(shè)計

3.1原32層十二路采面回風(fēng)順槽巷道支護(hù)參數(shù)

錨桿參數(shù)：錨桿采用20MnSi左旋無縱筋預(yù)應(yīng)力螺紋鋼，直徑∮18mm；長度1800mm；采用樹脂錨固，錨固長度700mm，錨固劑：CK2335樹脂錨固劑兩卷。設(shè)計錨固力90KN：預(yù)緊力70KN：錨桿矩形布置每排4根，間棑距：1000mm×1000mm；金屬蝶形托盤：規(guī)格120×120×8mm。

錨索：直徑∮15.24、1860低松弛鋼絞線、長度：7.2米、靠上幫單排布置 間距2.0米。

“W”鋼帶：規(guī)格：3200×280×35mm，厚度2.75mm。

金屬網(wǎng)：10#鍍鋅鐵線；菱形金屬網(wǎng)規(guī)格：3200×1500×35mm；網(wǎng)孔尺寸45×65mm。

幫錨桿支護(hù)規(guī)格：∮35mm管縫式錨桿，長度1600mm；間棑距700×700mm。

上述支護(hù)方案設(shè)計雖對巷道圍巖變形起到一定的控制作用，但在采面正常回采期間，巷道應(yīng)力集中地段仍然出現(xiàn)大的塑性變形，錨桿、錨索支護(hù)的外部緊固端出現(xiàn)過被拉斷現(xiàn)象，影響了安全生產(chǎn)。

根據(jù)錨桿支護(hù)的剛性梁理論，通過錨桿的高預(yù)緊力使錨桿長度范圍和錨桿長度以上的頂板離層得以消除，使頂板形成一個“剛性”梁體，提高頂板整體的抗剪強(qiáng)度，使水平應(yīng)力對頂板剪切破壞不向頂板縱深發(fā)展，頂板的垂直壓力被轉(zhuǎn)移到巷道兩側(cè)煤體內(nèi)，為使巷道兩側(cè)煤體壓力減小，巷道兩側(cè)錨桿支護(hù)要與鉛垂線保證一定角度，使錨固端錨在幫部穩(wěn)定巖層中，增加錨桿與頂板的剛性梁長度，使巷道壓力向煤體深部轉(zhuǎn)移，緩解巷幫角應(yīng)力的破壞，減小巷道兩側(cè)煤幫壓力。增加錨桿長度后，盡量使錨桿深入到穩(wěn)定巖層中，保證剛性梁足夠厚度，使其具有較高的承載能力。

通過使用KBD5電磁輻射監(jiān)測儀，利用煤巖體受不同壓力后其內(nèi)部電磁輻射波發(fā)生不同變化的電磁理論，在32層左十二路采面掘進(jìn)及回采期間，找出采面掘進(jìn)與回采時巷道壓力電磁強(qiáng)度與頻率變化峰值的大小，為下一步確定32層右十一路采面巷道支護(hù)參數(shù)與材質(zhì)選型奠定基礎(chǔ)。

根據(jù)以上理論和電磁輻射儀電磁強(qiáng)度的預(yù)測，決定對32右十一采面回風(fēng)順槽巷道支護(hù)參數(shù)、支護(hù)材質(zhì)等加以修改，控制深井開采巷道圍巖劇烈變化。

3.2 32層右十一路采面回風(fēng)順槽巷道支護(hù)參數(shù)：

錨桿參數(shù)：錨桿采用20MnSi左旋無縱筋預(yù)應(yīng)力螺紋鋼，修改直徑為∮22mm長度22mm；采用樹脂錨固，錨固長度700mm，錨固劑：CK2335數(shù)值錨固劑兩卷。設(shè)計錨固力120KN；錨桿矩形布置每排4根，間棑距改為：1000mm×900mm；金屬蝶形托盤：規(guī)格120×120×8mm。

錨索補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)：錨索改為直徑∮18.7mm高強(qiáng)度低松弛鋼絞線，長度7200mm，外露長度控制在不大于350mm，張拉預(yù)緊力控制在60-80KN，矩形布置：間棑距1800×2000mm。每孔裝入5根樹脂錨固劑固定，型號為MSK2335、MSZ2335，每孔眼底裝入1根MSK2335，外側(cè)用4根MSZ2335，錨固力不低于200KN/根，托盤用長度300mm、寬度200mm、厚度5mm槽鋼。

“W”鋼帶：規(guī)格：3200×280×35mm，厚度2.75mm。

金屬網(wǎng)：10#鍍鋅鐵線；規(guī)格：3200×1800mm；網(wǎng)孔尺寸45×65mm。

幫錨桿支護(hù)規(guī)格；修改為∮20 mm高強(qiáng)度螺紋鋼高桿：長度1800mm，間棑距：600mm×600mm。

東海煤礦深井開采特殊地質(zhì)條件下，通過合理的選擇巷道支護(hù)技術(shù)參數(shù)，積極采用先進(jìn)的支護(hù)工藝支護(hù)巷道，研究制定出采準(zhǔn)巷道錨桿、索、金屬網(wǎng)、鋼帶聯(lián)合支護(hù)技術(shù)規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)及相關(guān)規(guī)定，同時制定出巷道錨桿、錨索支護(hù)安全質(zhì)量檢查與頂板動態(tài)監(jiān)測規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn)，保證了錨桿、索、網(wǎng)、鋼帶的施工質(zhì)量與安全。東海礦目前開拓巷道主要采用錨桿、錨索、金屬網(wǎng)、噴漿聯(lián)合支護(hù)，回采巷道主要采用錨桿、錨索、金屬網(wǎng)、鋼帶聯(lián)合全封閉支護(hù)。支護(hù)時不僅采用先進(jìn)的支護(hù)工藝，而且在支護(hù)材料選型上積極探索與實踐，通過使用高強(qiáng)度支護(hù)材料進(jìn)行巷道支護(hù)，從而保證礦井安全生產(chǎn)。