翟旭宏

（陽煤集團(tuán)和順新大地煤業(yè)有限公司， 山西 晉中 032700）

引言

陽煤集團(tuán)和順新大地煤業(yè)有限公司位于和順縣義興鎮(zhèn)后溝村，成立于2009年5月20日，注冊(cè)資本8 000萬元，原為私營(yíng)企業(yè)。陽泉煤業(yè)集團(tuán)華能煤電投資有限責(zé)任公司于2009年5月15日，通過股權(quán)轉(zhuǎn)讓，全部收購(gòu)原新大地公司股權(quán)和資產(chǎn)，成為陽泉煤業(yè)集團(tuán)華能煤電投資有限責(zé)任公司子公司。新大地公司礦井井田面積6.526 6 km2，井田位于沁水煤田和順礦區(qū)中部，批準(zhǔn)開采8號(hào)、15號(hào)煤層，8號(hào)煤層為不穩(wěn)定局部可采煤層，15號(hào)煤層為全區(qū)穩(wěn)定可采煤層。礦井為煤與瓦斯突出礦井，礦井地質(zhì)儲(chǔ)量4 807萬t，設(shè)計(jì)可采儲(chǔ)量2 884萬t，設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為150萬t/年，礦井服務(wù)年限為19.2年。隨著綜采裝備的大噸位、大型化，工作面切巷的掘進(jìn)斷面也顯著增加，以往的支護(hù)存在預(yù)緊力小、支護(hù)強(qiáng)度低、需要復(fù)合支護(hù)等問題，通過采用高預(yù)應(yīng)力全錨索支護(hù)后，有效地解決了上述問題，為大斷面切巷的安全和掘進(jìn)支護(hù)提供了技術(shù)保障。

1 巷道基本情況

15402工作面地面位于刺薊堰以南，南坪梁以東，三畝坡以西，廟梁以北的山梁溝谷地帶，在雨季補(bǔ)給水量充沛。地表無建筑物，有部分農(nóng)田及山林。井下位于瓦斯聯(lián)絡(luò)巷以東，三采區(qū)軌道巷以西，15403工作面（西部）（正在回采）以南，15306工作面進(jìn)風(fēng)巷（已掘進(jìn)）以北?？傇O(shè)計(jì)長(zhǎng)度為990m，巷道設(shè)計(jì)凈寬10.0m，凈高3.5m。煤層頂?shù)装鍘r性見表1。

2 原支護(hù)及巷道變形分析

2.1 大斷面切巷原支護(hù)情況

頂板支護(hù)采用Φ15.24mm×5 200mm和Φ21.6 mm×7 200mm的鋼絞線，每排布置10根，Φ15.24 mm×5 200mm錨索布置在鋼帶的1眼、3眼、5眼、7眼、9眼和10眼，錨索預(yù)緊力不小于120 kN，其他眼位布置Φ21.6mm×7 200mm的鋼絞線，錨索預(yù)緊力不小于160 kN。配套規(guī)格為BHB235/200/4-4200-5型鋼帶和規(guī)格150mm×150mm×12mm的平托板。排距為700mm。巷道在施工完后，在巷道中部卡一排木柱，木柱規(guī)格Φ20mm×2 800mm，間距5m。

表1 工作面煤層頂?shù)装鍘r性情況

2.2 巷道變形分析

經(jīng)過原工藝支護(hù)后，巷道出現(xiàn)了不同程度的變形破壞。初期為巷道頂板下沉，后期最大下沉量達(dá)400mm，造成頂板錨索破斷，或金屬網(wǎng)破開，中間卡柱全部失效。給工作面的頂板管理和設(shè)備安裝造成很大影響。通過現(xiàn)場(chǎng)了解和分析，造成巷道支護(hù)失效的主要因素為切巷跨度大、斷面大、頂板的離層和下沉明顯；錨索的預(yù)緊力較小，不能給頂板巖層施加較大預(yù)緊力，使頂板不穩(wěn)定，隨著壓力的集中，進(jìn)一步的破碎；錨索的破斷力小，和現(xiàn)場(chǎng)的礦壓不匹配造成錨索破斷，導(dǎo)致更嚴(yán)重的頂板事故。

3 新支護(hù)設(shè)計(jì)

3.1 新支護(hù)設(shè)計(jì)原則

一次支護(hù)原則。錨桿支護(hù)應(yīng)盡量一次支護(hù)就能有效控制圍巖變形；高預(yù)應(yīng)力和預(yù)應(yīng)力擴(kuò)散原則。只有高預(yù)應(yīng)力的錨桿支護(hù)才是真正的主動(dòng)支護(hù)；“三高一低”原則。即高強(qiáng)度、高剛度、高可靠性與低支護(hù)密度原則；臨界支護(hù)強(qiáng)度與剛度原則。設(shè)計(jì)錨桿支護(hù)系統(tǒng)的強(qiáng)度與剛度應(yīng)大于臨界值；相互匹配原則。各構(gòu)件與錨索的參數(shù)與力學(xué)性能應(yīng)相互匹配。

3.2 新支護(hù)設(shè)計(jì)方案

頂板采用“主錨索+鋼帶+金屬網(wǎng)+補(bǔ)強(qiáng)錨索”聯(lián)合支護(hù)。排距800 mm，每排對(duì)接使用兩根BHW-960-280-4-5100的6眼W鋼帶。從落山側(cè)到工作面在鋼帶的 2、4、6、9、11 眼內(nèi)布置補(bǔ)強(qiáng)錨索，其余布置主錨索，補(bǔ)強(qiáng)錨索使用Φ21.6mm×7 200mm的鋼絞線，主錨索使用Φ17.8mm×6 200mm的鋼絞線，錨索托板均使用300mm×270mm×12mm的可調(diào)心W型托板配合調(diào)心球墊，藥卷均使用雙速23-120。

落山側(cè)使用Φ20mm×2 000mm左旋螺紋鋼錨桿，托板使用450mm×280mm×4mm的W型托板＋150mm×150mm×10mm拱形托板，配合調(diào)心球墊和尼龍墊圈。藥卷使用雙速M(fèi)SK23-60，幫網(wǎng)使用6 000mm×1 000mm的金屬網(wǎng)。工作面?zhèn)仁褂忙?8 mm×2 000 mm玻璃鋼錨桿。托板使用Φ1/2-200 mm×500 mm木托板，藥卷使用雙速M(fèi)SK23-60，幫網(wǎng)使用30 000mm×1 000mm的塑料網(wǎng)。切巷支護(hù)材料規(guī)格表，見表2。

4 支護(hù)效果

新支護(hù)全部更換了支護(hù)材料，錨索更換為Φ17.8mm×6 200mm和21.6mm×7 200mm的鋼絞線，預(yù)緊力為原來的120 kN和160 kN提高到230 kN和300 kN，實(shí)現(xiàn)了支護(hù)強(qiáng)度的真正提升。經(jīng)過近半年的觀測(cè)和分析，巷道中部壓力呈一定幅度增長(zhǎng)，增長(zhǎng)幅度僅為8%，巷道頂板兩邊受力平穩(wěn)，變化不大，均在安全可控范圍。錨索受力平穩(wěn)，未出現(xiàn)破斷和壓力急劇變化情況。頂板離層在掘進(jìn)期間有8mm，后呈穩(wěn)定狀態(tài)，巷道斷面基本未發(fā)生變化，巷道狀況良好。新支護(hù)技術(shù)的使用，全面落實(shí)了“三高一低”的高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力支護(hù)理念，即高強(qiáng)度、高剛度、高可靠性和低支護(hù)密度。由于支護(hù)強(qiáng)度的提高，實(shí)現(xiàn)了頂板的主動(dòng)支護(hù)，防止頂板離層和巷道進(jìn)一步變形，也達(dá)到了一次性滿足支護(hù)的目的，避免了以后的整巷和重復(fù)支護(hù)，在經(jīng)濟(jì)效益上也取得了成績(jī)。

表2 切巷支護(hù)材料規(guī)格表

5 結(jié)語

通過采用高預(yù)應(yīng)力全錨索在切巷進(jìn)行支護(hù)后，為工作面頂板提供了較高的預(yù)應(yīng)力，有效預(yù)防了大斷面頂板的離層和下沉，使頂板上部圍巖得到有效控制。通過金屬網(wǎng)和鋼帶的聯(lián)合作用，頂板保持了很好的結(jié)構(gòu)性，實(shí)現(xiàn)了整體的穩(wěn)定。說明高預(yù)應(yīng)力全錨索支護(hù)是有效的頂板支護(hù)，滿足對(duì)大斷面巷道支護(hù)的強(qiáng)度要求，確保了頂板的安全。