李公朝 曾智超 陳薛

摘 要： 小屯煤礦為典型的三軟地層，掘進巷道掘完后巷道修復(fù)率多年來一直居高不下，結(jié)合多家科研院所在小屯煤礦的軟巖治理成果，對巷道的耦合支護關(guān)鍵技術(shù)研究并進行應(yīng)用，大大降低了巷道修復(fù)率，降低了礦井生產(chǎn)經(jīng)營成本，確保礦井高產(chǎn)高效發(fā)展。

關(guān)鍵詞： 三軟地層;沿空掘巷;耦合支護;生產(chǎn)成本

【中圖分類號】TD713 ? ? 【文獻標(biāo)識碼】A ? ? 【文章編號】1674-3733（2020）11-0241-01

1 小屯煤礦16中11工作面巷道概況

16中11工作面為一采區(qū)南翼第6個工作面。北西側(cè)為16中09采空區(qū);北東側(cè)為一采區(qū)主平硐，工作面設(shè)計停采線為大巷保護煤柱線;南東與16中13設(shè)計工作面相鄰。

2 原工作面順槽支護設(shè)計

2.1 軌順（沿空）側(cè)

斷面設(shè)計為矩形，寬×高=4500×3000mm，頂板采用φ20×2200mm左旋無縱筋樹脂錨桿、金屬菱形網(wǎng)配合4500mm鋼帶支護及φ21.6×7000mm鋼絞線錨索，幫部采用φ20×2200mm左旋無縱筋樹脂錨桿、金屬菱形網(wǎng)配合φ14mm鋼筋制作的鋼筋梯支護;沿6中煤頂板層位掘進。

2.2 運順（實體煤）側(cè)

斷面設(shè)計為矩形，寬×高=4500×3000mm，頂板采用φ20×2200mm左旋無縱筋樹脂錨桿、金屬菱形網(wǎng)配合4500mm鋼帶及φ17.8×7000mm鋼絞線錨索支護，幫部采用φ20×2200mm左旋無縱筋樹脂錨桿、金屬菱形網(wǎng)配合φ14mm鋼筋制作的鋼筋梯支護;沿6中煤頂板層位掘進。

3 耦合支護技術(shù)在順槽掘進的應(yīng)用

3.1 耦合支護的定義

耦合支護：根據(jù)巷道圍巖力學(xué)性質(zhì)計算的松動圈等巷道實際技術(shù)參考參數(shù)，通過計算得出的巷道斷面、頂幫支護等優(yōu)化方案特別是錨桿支護與錨索支護的同時疊加支護從而使巷道支護達到最佳支護的支護技術(shù)方式。

3.2 16中11順槽的耦合支護

3.2.1 巷道斷面方面：根據(jù)小屯煤礦典型軟巖地質(zhì)條件性質(zhì)，巷道斷面變更為梯形;主要目的為巷道掘進后圍巖水平應(yīng)力顯現(xiàn)明顯，常態(tài)性發(fā)生巷道底鼓現(xiàn)象，變更為梯形后，預(yù)留水平應(yīng)力釋放范圍，釋放后預(yù)期巷道整合為矩形巷道，矩形巷道在礦壓釋放后斷面結(jié)構(gòu)承載力強。

3.2.2 巷道支護參數(shù)方面：根據(jù)小屯煤礦典型軟巖地質(zhì)條件性質(zhì)，一是巷道頂板金屬菱形網(wǎng)優(yōu)化為非鍍鋅鋼絲網(wǎng)，主要目的為非鍍鋅鋼絲網(wǎng)網(wǎng)眼?。?0mm矩形）且含碳量高，防止頂板破碎矸石漏出引起頂板漏頂、甚至引起更大的頂板事故。二是根據(jù)沿空側(cè)順槽沿空特點，軌順巷道頂板鋼帶優(yōu)化為3500mm且不搭接幫部鋼筋梯，主要目的為頂板肩窩位置預(yù)留水平及垂直應(yīng)力釋放范圍，因不搭接幫部鋼筋梯，釋放后預(yù)期巷道變形量較原支護方式要小的多。三是根據(jù)沿空側(cè)順槽沿空特點，軌順巷道頂板錨桿優(yōu)化為高強樹脂錨桿，主要目的為高強錨桿端頭超過沿空松動圈范圍、高強錨桿的抗拉強度及屈服強度較普通錨桿要大的多，屈服強度≥500Mpa，抗拉強度≥630Mpa，懸臂過程中抗拉抗剪能力更強。四是根據(jù)錨索懸吊理論，巷道上覆巖層B1灰?guī)rf>12（硬度系數(shù)），錨索選型為9000mm長度，實體煤巷道優(yōu)化為φ21.6mm錨索，使錨索錨入其巖層1000mm，加之錨索直徑加大，起到良好懸吊及抗拉、抗剪效果。五是根據(jù)煤巷“三軟”特點，幫部錨桿優(yōu)化為全螺紋錨桿，防止錨桿泄載后無法進行預(yù)緊。

3.2.3 掘進層位及其他方面：一是軌順巷道優(yōu)化為沿6上煤底板層位掘進，因6中與6上煤夾矸軟，頂板不易控制，且優(yōu)化后錨索錨入B1灰?guī)r的距離變小，減低生產(chǎn)成本。二是幫部錨桿帽與托盤之間增加皮帶托盤，加大了附件的摩擦力，降低錨桿支護泄載速度。三是軌順采用注漿錨索等邊掘邊注，提高了圍巖整體性。

3.3 16中11順槽耦合支護方式

3.3.1 16中11軌順斷面設(shè)計為梯形，上寬+下寬×高=4500+5000×3500mm，頂板采用φ22×2400mm高強樹脂錨桿、非鍍鋅鋼絲網(wǎng)配合3500mm鋼帶支護，幫部采用φ20×2400mm左旋全螺紋錨桿、金屬菱形網(wǎng)配合φ14mm鋼筋制作的鋼筋梯及皮帶托盤支護;沿6上煤底板層位掘進;沿空側(cè)采用注漿錨索/錨桿邊掘邊注。

3.3.2 16中11運順斷面設(shè)計為梯形，上寬+下寬×高=4500+5000×3500mm，頂板采用φ20×2200mm左旋無縱筋樹脂錨桿、非鍍鋅鋼絲網(wǎng)配合4500mm鋼帶支護，幫部采用φ20×2400mm左旋全螺紋錨桿、金屬菱形網(wǎng)配合φ14mm鋼筋制作的鋼筋梯及皮帶托盤支護;沿6中煤頂板層位掘進。

3.4 耦合支護的效果分析

3.4.1 順槽巷道支護設(shè)計優(yōu)化后達到耦合支護特點。一是順槽特別是因沿空巷道頂板的松動圈擴大后優(yōu)化的錨桿支護超過松動圈范圍，大大加大了巷道頂板的懸吊效果（按作業(yè)規(guī)程設(shè)計施工下組合梁效果正常）;二是錨索在穩(wěn)定巖層懸吊效果更加明顯;三是通過注漿及其他支護的優(yōu)化更加完善了巷道的整體性有效支護、同時支護。以上特點，達到了巷道耦合支護目的，特別是根據(jù)巷道特點，應(yīng)力釋放后巷道的耦合支護更加明顯。

3.4.2 耦合支護效果。軌順自2019年11月掘進，2020年7月頂板變形控制在200mm，幫部控制在260mm，前段巷道底鼓控制在350mm，后段巷道控制在240mm;運順自2018年11月掘進，2020年7月份頂板變形控制在150mm，幫部控制在190mm。耦合支護效果明顯，防止了巷道的二次修復(fù)造成了生產(chǎn)成本增加，加快了綜采工作面安裝進度。

3.4.3 存在問題。一是沿空掘巷需進一步優(yōu)化耦合支護方式，根據(jù)沿空特點及采空區(qū)涌水量等具體地質(zhì)情況采取超前注漿、幫部泄壓等方式進一步優(yōu)化;二是順槽煤巷道的過構(gòu)造等特殊地點耦合支護設(shè)計要進一步優(yōu)化;二是加強工程質(zhì)量監(jiān)督管理，工程質(zhì)量為巷道支護的基本，耦合支護的設(shè)計優(yōu)化必然以工程質(zhì)量管理為前提;四是耦合支護豐富了軟巖治理支護技術(shù)體系，工程技術(shù)人員要在日?？偨Y(jié)的基礎(chǔ)上加大創(chuàng)新能力，優(yōu)化好軟巖礦井各類支護參數(shù)，為礦井盡快建成軟巖治理巷道支護體系作出貢獻。