貴州大方煤業(yè)有限公司小屯煤礦 廣東 惠州 516000

貴州大方煤業(yè)有限公司小屯煤礦為“三軟”煤層地質(zhì)條件，由于受頂?shù)装遘泿r和煤層有軟分層等條件影響掘進(jìn)后巷道變形嚴(yán)重，頂板下沉、兩幫變形、底板鼓起，特別是在掘進(jìn)切眼過程中，巷道寬度大，造成同樣頂板彎曲下沉角度條件下，巷道中部的下沉量顯著增大，工作面安裝高度不足。自綜采工作面引進(jìn)ZY5000/15.5/32D液壓支架以來，為適應(yīng)支架安裝，切眼寬度從6200mm變更為7000mm，給切眼支護(hù)帶來很大挑戰(zhàn)。為確保安裝空間，以16中14切眼為研究對象，通過理論計算確定錨索長度，通過現(xiàn)場監(jiān)測對最佳錨網(wǎng)索復(fù)合支護(hù)方案控制圍巖的效果進(jìn)行分析。

1 工作面切眼概況

小屯煤礦16中14切眼地面標(biāo)高+1755～+1795mm，工作面底板標(biāo)高+1433～+1445mm。掘進(jìn)巷道6中煤厚度2.2～2.7m，平均厚度2.33m，普氏硬度f=1～3。工作面直接頂為深灰色泥質(zhì)粉砂巖為主，普氏硬度f=2～4。基本頂為6上煤和粉砂巖泥巖或泥質(zhì)粉砂巖。普氏硬度f=3～5。直接底以深灰色泥巖為主，松軟破碎，遇水極易軟化。切眼從16中14軌順端頭開口，按方位角132°16′方向沿6中頂板掘進(jìn)，巷道斷面為矩形，寬×高=7000 mm×2800mm，掘進(jìn)斷面為19.04m2。

2 錨索支護(hù)的重要作用

2.1 錨索支護(hù)層位的選擇 在巷道支護(hù)過程中，由于6中煤頂板距離上方6上煤間距為2.4m左右，6中煤距上方B1灰?guī)r8.36m，B1灰?guī)r厚度2.23m。切眼施工錨桿只能支護(hù)到6中煤上方泥質(zhì)粉砂巖中，不能有效支護(hù)頂板，需配合錨索進(jìn)行復(fù)合支護(hù)。錨索施工后形成穩(wěn)定承載體，錨索錨固點處在松動圈之外，鋼絞線錨索有很好的延展性和抗拉強(qiáng)度，使錨索形成的錨固巖體在巷道頂板形成結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的承載體。同時錨索布置在兩排錨桿之間增加了支護(hù)的密度，錨索與錨桿相同的高延展性、高強(qiáng)度進(jìn)一步提高了承載體的強(qiáng)度、塑性和抗彎曲破壞能力，提高了承載體的自穩(wěn)能力，使錨桿的組合梁作用與錨索的懸吊作用有機(jī)結(jié)合，從而保證了巷道頂板支護(hù)效果。在原來順槽巷道支護(hù)過程中施工φ17.8×7000mm錨索，錨索無法錨固到穩(wěn)定巖層中，出現(xiàn)頂板下沉嚴(yán)重、錨索斷裂情況。經(jīng)改進(jìn)使用φ21.6×9000mm錨索能夠有效錨固到頂板上方B1穩(wěn)定灰?guī)r中，錨索強(qiáng)度增加，起到了良好的支護(hù)效果，沒有出現(xiàn)錨索斷裂現(xiàn)象，頂板下沉量明顯減少，也有效的保護(hù)了錨桿的支護(hù)效果。

2.2 錨索支護(hù)參數(shù)的確定

(1)錨索長度的確定計算

L=La+Lb+Lc+Ld=1+7.6+0.1+0.2=8.9m

式中：L—錨索總長度，m；

La—錨索深入到B1灰?guī)r的錨固長度，1m；

Lb—需要懸吊的不穩(wěn)定巖層厚度，取7.6m；

Lc—上托盤及錨具的厚度，取0.1m；

Ld—需要外露的張拉長度，取0.2m。

(2)錨索錨固長度的確定計算

最小錨固長度計算

式中：La—最小錨固長度；

K—安全系數(shù)，取2；

d1—錨索直徑，21.6mm；

首先，加強(qiáng)水泥凝土施工的技術(shù)交底，嚴(yán)格要求施工人員有較強(qiáng)的責(zé)任心和質(zhì)量意識，遵循施工規(guī)范開展混凝土搗振，杜絕出現(xiàn)過振、漏振、不密實現(xiàn)象，澆筑期間嚴(yán)謹(jǐn)填塞雜物，不得帶水開展混凝土施工，嚴(yán)禁在澆灌混凝土中加水。

fa—錨索抗拉強(qiáng)度，1860N/mm2；

fc—錨索與錨固劑的粘結(jié)強(qiáng)度，10N/mm2。

錨索設(shè)計錨固長度驗算

式中：L0—錨桿錨固總長度；

L—樹脂藥卷長度500+500+700=1700mm；

D—鉆孔直徑28mm；

D1—樹脂藥卷直徑23mm；

3 掘進(jìn)與支護(hù)

3.1 掘進(jìn)和支護(hù)方式 切眼施工采取先掘?qū)ы显龠M(jìn)行擴(kuò)刷，平行作業(yè)，每6排為一個循環(huán)。

3.1.1 導(dǎo)硐施工每次截割2排，頂部采用錨網(wǎng)+鋼帶+錨索聯(lián)合支護(hù)，頂部錨索布置3棵。為確保頂板支護(hù)的連續(xù)性，頂部靠近采面?zhèn)儒^桿在擴(kuò)刷結(jié)束后施工，進(jìn)入下循環(huán)截割前必須保證上循環(huán)支護(hù)完整。

3.1.2 當(dāng)切眼導(dǎo)硐掘進(jìn)距離達(dá)到4800mm(6排)后，掘進(jìn)機(jī)倒機(jī)至采幫側(cè)擴(kuò)刷位置，擴(kuò)刷前如頂板破碎或遇地質(zhì)構(gòu)造帶，需在導(dǎo)硐內(nèi)距非采幫1500mm位置支設(shè)3棵臨時單體液壓支柱加強(qiáng)支護(hù)。掘進(jìn)機(jī)擴(kuò)刷前將采幫側(cè)擴(kuò)刷開始位置的臨時單體液壓支柱回撤約3棵，以便于掘進(jìn)機(jī)有足夠的調(diào)機(jī)截割空間。

3.1.3 擴(kuò)刷施工每次截割2排，頂部采用錨網(wǎng)+鋼筋梯+錨索聯(lián)合支護(hù)，鋼筋梯端頭連接在鋼帶拖后施工錨桿上部，錨索布置在兩排鋼筋梯中間距采幫側(cè)1100mm位置。幫部采用鋼絲網(wǎng)+打孔膠帶+麻花玻璃鋼樹脂錨桿支護(hù)。

3.1.4 非采幫擴(kuò)刷6排結(jié)束后，掘進(jìn)機(jī)調(diào)機(jī)至導(dǎo)硐施工位置，在擴(kuò)刷范圍內(nèi)距采幫1500mm位置支設(shè)一排臨時單體液壓支柱。此時掘進(jìn)機(jī)一運出料口后部臨時單體液壓支柱也要改至距采幫2400mm位置，非采幫側(cè)單體跟進(jìn)至二運電滾筒位置，然后進(jìn)入下一循環(huán)施工。

3.2 支護(hù)參數(shù)

3.2.1 頂板支護(hù)參數(shù) 頂部錨桿為高強(qiáng)度左旋無縱筋Φ20×2200mm型錨桿，錨桿間排距為800×800mm。錨索規(guī)格為Φ21.6×9000mm，錨索托盤規(guī)格：250mm×250mm×20mm，頂板采用非鍍鋅鋼絲網(wǎng)，規(guī)格為1800×1000mm，頂部使用T型鋼帶，長度為4500mm。

3.2.2 兩幫支護(hù)參數(shù) 非采幫選用Φ20×2400mm全螺紋等強(qiáng)錨桿，采幫選用φ18×2000mm麻花玻璃鋼樹脂錨桿，錨桿間排距均為800×800mm。非采幫采用10#鍍鋅鐵絲制成的菱型金屬網(wǎng)，采幫側(cè)采用鋼絲網(wǎng)。非采幫采用鋼筋梯由Ф14mm圓鋼加工而成，規(guī)格為Φ14×3200mm。采幫側(cè)采用打孔膠帶，由廢舊膠帶加工而成，規(guī)格為長×寬=2800mm×150mm。

3.2.3 特殊地帶支護(hù)參數(shù) 采煤機(jī)硐室寬度增加1m，增加一排錨索支護(hù)并采用單體液壓支柱配合一字鉸接頂梁加強(qiáng)支護(hù)，柱距1m。上下端頭寬度增加地點根據(jù)現(xiàn)場情況及時緊跟迎頭增加錨索和單體液壓支柱加強(qiáng)支護(hù)。

4 效果觀測

為掌握16中14工作面開切眼在錨網(wǎng)索T型鋼帶支護(hù)條件下的支護(hù)效果，在開切眼內(nèi)距離掘進(jìn)迎頭每隔50m布置1個測點，進(jìn)行巷道收斂變形觀測。結(jié)果顯示：開切眼兩幫收斂量151mm～282mm，平均173mm，為開切眼寬度的2.47%；頂?shù)装迨諗苛?8mm～61mm，平均46mm，為開切眼高度的1.64%。為進(jìn)一步掌握開切眼上方巖層變化情況，每隔20m安裝一個頂板離層儀。結(jié)果顯示：頂板上方0～5m范圍內(nèi)頂板離層量3mm～11mm，平均8mm；頂板上方5m～10m范圍內(nèi)頂板離層1mm～5mm，平均3mm。離層量在安全許可范圍內(nèi)，說明開切眼上方頂板巖體較穩(wěn)定，未出現(xiàn)明顯變化。

5 結(jié)論

16中14切眼施工完成3個月后進(jìn)行綜采工作面的安裝，通過該支護(hù)方式的實施能夠有效控制切眼圍巖變形，提高巷道圍巖強(qiáng)度和完整性，有效保證工作面安裝過程中的空間和安全支護(hù)要求，在“三軟”煤層具有較好的推廣價值。