陳鳳安

（中煤大屯公司徐莊煤礦 江蘇 沛縣 221611）

1 工程設(shè)計(jì)概況

1.1 立題背景

大屯公司徐莊煤礦煤巷錨網(wǎng)支護(hù)一直根據(jù)錨桿支護(hù)的懸吊理論和組合梁理論而進(jìn)行設(shè)計(jì)，采用矩形或梯形斷面，該類斷面在巷道斷面較小、埋深淺、地應(yīng)力較小時(shí)比較合理，且施工方便。在該礦-400水平以上巷道使用比較普遍，取得了比較好的效果；但隨著開采深度的增加、且為提高資源回收率而致使斷層保護(hù)煤柱的縮小，使工作面上下兩道布置往往位于壓力集中區(qū)和破碎帶，此時(shí)沿用原設(shè)計(jì)的矩形斷面與梯形斷面就會(huì)導(dǎo)致巷道支護(hù)失效、維修量大增，并對安全生產(chǎn)構(gòu)成威脅，如該礦7195工作面材料道、7230工作面材料道和溜子道等巷道在掘進(jìn)過程中勻經(jīng)常出現(xiàn)了煤體破碎、頂板離層、頂幫移近量增大、網(wǎng)包、錨桿失效、錨索退索等現(xiàn)象發(fā)生，盡管在施工過程中采取減小錨桿錨索間排距、增打點(diǎn)柱、錨架結(jié)合等加強(qiáng)支護(hù)措施，但仍難以控制住巷道的變形。如7195工作面材料道2006年11月初開始掘進(jìn)，開始掘進(jìn)時(shí)巷道成型就很難控制，經(jīng)常出現(xiàn)掉頂現(xiàn)象，巷道緩慢變形，掘進(jìn)400m后，從材料道口開始向里連續(xù)出現(xiàn)了頂板下沉、兩幫向巷中明顯位移，局部錨桿托盤被擠壓變形甚至翻轉(zhuǎn)現(xiàn)象，導(dǎo)致迎頭不得不停止掘進(jìn)，而對后部巷道進(jìn)行修復(fù)以便再掘，采取刷幫擴(kuò)巷、重新打錨桿、套棚、臥底方法進(jìn)行修復(fù)，耗時(shí)約16天，消耗錨桿、工字鋼棚、及金屬網(wǎng)等支護(hù)材料近20萬元。該巷道掘進(jìn)完工后又安排巷修隊(duì)伍對整條已掘巷道所有發(fā)生變形處采取套架棚、打木點(diǎn)柱、補(bǔ)打錨桿方法進(jìn)行修復(fù)巷道350米，其中套架棚260米，消耗材料40余萬元；采煤隊(duì)在回采過程中邊回采邊修復(fù)維護(hù)巷道，對損壞的金屬棚進(jìn)行即時(shí)更換，臥底403米，最后巷道斷面才勉強(qiáng)滿足生產(chǎn)需要，嚴(yán)重制約生產(chǎn)，阻礙產(chǎn)量進(jìn)一步提高，每米巷道支護(hù)成本合計(jì)超過4000元，增加了巷道施工成本。

1.2 設(shè)計(jì)改進(jìn)方案

根據(jù)以上現(xiàn)狀，查閱有關(guān)資料與技術(shù)分析研究，礦決定在煤巷施工中嘗試使用新的錨桿支護(hù)理論：加固拱理論，改變巷道斷面形狀，由矩形改為拱形，以改善圍巖受力狀況。首先在與7195材料道地質(zhì)條件相似的7198綜放工作面材料道、溜子道實(shí)施。

矩形斷面示意圖

7198綜放工作面原巷道設(shè)計(jì)方案如下，材料道、溜子道及切眼均采用矩形斷面，跟底掘進(jìn)，錨網(wǎng)支護(hù)，“M”鋼帶配錨索補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)。毛斷面規(guī)格：材料道寬4200*高2500mm、溜子道寬4400*高2500mm、切眼寬4200*高2500mm。

通過對7195工作面材料道、7230工作面材料道和溜子道等巷道在使用過程中的總結(jié)分析，若還采用原設(shè)計(jì)方案，不能保證有效控制巷道變形，維護(hù)工程量將加大，顯然不適宜。通過調(diào)查研究，巷道冒落后自然拱的形狀分析，根據(jù)物體的三向受力的特性，抗壓強(qiáng)度＞抗剪強(qiáng)度＞抗拉強(qiáng)度，改變巷道斷面形狀，使頂部煤體的受力狀況由受拉變?yōu)槭軌海@樣采用三心拱斷面可以充分利用煤體本身的強(qiáng)度，大幅度提高巷道受力性能。

將原矩形改用三心拱斷面，其斷面規(guī)格分別為：材料道毛寬4200mm，溜子道毛寬4400mm，毛中高勻?yàn)?800mm，幫高勻?yàn)?800mm，大拱半徑3458mm，小拱半徑554mm。（如下圖）

修改后三心拱斷面示意圖

1.3 修改設(shè)計(jì)后斷面支護(hù)參數(shù)

選用MGL20/2000/550/20型螺紋錨桿，材質(zhì) HBR335，頂及幫錨桿間、排距勻?yàn)?50*800mm，每桿錨桿配一支MSCK23/60樹脂錨固劑；補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)錨索配“M”鋼帶，錨索選用SKL17.8/1*7/7250/1200/1860/17，錨索間、排距1500*3200mm,每根錨索配2支樹脂錨固劑；“M”鋼帶長3400mm；頂鋪點(diǎn)焊網(wǎng)片，規(guī)格φ4.5mm/2250*900mm/60*60mm，兩幫鋪鋼塑網(wǎng)。

2 設(shè)計(jì)方案實(shí)施及效果小結(jié)

7198工作面溜子道聯(lián)絡(luò)巷于2008年12月份初開始施工，2009年元月份施工完工溜子道聯(lián)絡(luò)巷后進(jìn)入溜子道,就開始實(shí)施拱形斷面施工方案。因該巷道緊靠落差15米F14大斷面布置，斷層走向與巷道走向基本一致，在施工過程中多次揭露小斷層面，巷道壓力顯現(xiàn)大、頂板破碎，給施工帶來一定困難。巷道采用EBZ-135綜掘機(jī)掘進(jìn)，在掘進(jìn)過程中，頂板經(jīng)常出現(xiàn)大面積掉煤現(xiàn)象，通過采取縮小循環(huán)進(jìn)度、加密錨索，即錨索排距由原來3200mm改為1600mm,以及在頂板特別破帶區(qū)采取先用掘進(jìn)機(jī)切割一半巷道斷面鋪網(wǎng)支護(hù)好后再割另一半的施工方法掘進(jìn)，有效地控制了迎頭巷道頂板，保證掘進(jìn)正常施工，月平均進(jìn)尺285m,與矩形斷面施工進(jìn)度基本一致，即采用拱形斷面與矩形斷面相比單進(jìn)水平?jīng)]有受到影響。到2009年四月初完成了860米整條巷道的施工。

從巷道完工至2009年12月始終沒有對該巷道進(jìn)行修復(fù)，巷道變形較小,完全滿足生產(chǎn)需要，工作面割煤機(jī)、液壓支架、皮帶等綜采設(shè)備在2009年12月底安裝完成后開始試生產(chǎn)，在2010年度正式回采期間，通過觀察比較分析總結(jié)，采用三心拱斷面巷道的受力性能明顯優(yōu)于矩形斷面巷道，綜合比較有以下優(yōu)點(diǎn)：

2.1 有利于截割，肩部成形較好；

2.2 頂肩成拱形，受力由頂部向兩幫分解，受力性能較好；

2.3 在應(yīng)力集中區(qū)的肩部提高了抗剪切能力，不易出現(xiàn)頂板切斷；

2.4 減少頂肩部網(wǎng)包的形成；

2.5 相對增加了頂部有效錨桿的錨固深度；

2.6 延長了巷道的使用壽命，減少巷道的二次維護(hù)，極大節(jié)約巷道維修費(fèi)用；

2.7 支護(hù)安全更得到保障；

2.8 在工作面回采時(shí)，由于兩道抗壓能力強(qiáng)，巷道不易變形,從而減小維護(hù)量；

2.9 由于拱部較平頂斷面增高，較半圓拱低，既能保障有足夠的巷道中高，又能解決回采時(shí)因巷道過高超前支護(hù)難的問題。

該礦因受地質(zhì)條件所限，斷層較多，煤層開采已逐步向深部水平延伸，相當(dāng)一部分工作面布置在斷層破碎帶、應(yīng)力集中區(qū)，單純依靠增加支護(hù)難以解決巷道受壓變形問題，通過對7198綜放工作面巷道設(shè)計(jì)方案改用三心拱斷面的實(shí)施、觀察與分析總結(jié)，煤巷采用三心拱斷面能有效改善巷道的受力性能，減小巷道變形量，為下一步解決深步開采設(shè)計(jì)巷道斷面提供了可靠的實(shí)際依據(jù)，且具有較大推廣應(yīng)用價(jià)值。