李利東

（霍州煤電集團(tuán)呂梁山煤電有限公司木瓜煤礦，山西呂梁033102）

0 引 言

近些年，隨著礦井生產(chǎn)能力不斷提高，巷道斷面也隨之越來(lái)越大，特別是工作面的開(kāi)切眼寬度已經(jīng)增大到9 m，甚至更大[1-2]，導(dǎo)致工作面及開(kāi)切眼礦壓顯現(xiàn)較一般開(kāi)采明顯且更加劇烈，應(yīng)力集中更為明顯，給支護(hù)帶來(lái)困難，對(duì)安全生產(chǎn)帶來(lái)不利影響[3-4]。諸多學(xué)者對(duì)切眼的破壞規(guī)律及相應(yīng)支護(hù)做了大量的研究工作。謝生榮等[5]針對(duì)大斷面復(fù)合頂板開(kāi)切眼圍巖的控制難題，分析了桁架錨索支護(hù)機(jī)理，運(yùn)用數(shù)值模擬的方法對(duì)大跨度切眼支護(hù)參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化。李沖等[6]在高應(yīng)力大跨度巷道支護(hù)問(wèn)題上，探究了在不同埋深和側(cè)壓系數(shù)情況下，大跨度巷道圍巖應(yīng)力分布特點(diǎn)、變形及垮冒規(guī)律。賈后省等[7]構(gòu)建了大跨度切眼頂板斷裂力學(xué)模型，得出了在回采過(guò)程中大跨度切眼頂板失穩(wěn)垮落規(guī)律。闞甲廣等[8]探究了切眼大跨度不同成巷方式對(duì)巷道穩(wěn)定性的影響。張東等[9]在論證傳統(tǒng)支護(hù)方式的基礎(chǔ)上，有效地控制大采高、大跨度情況下的切眼兩幫及頂板的變形。

對(duì)于大采高大斷面開(kāi)切眼的開(kāi)挖，圍巖的穩(wěn)定性常常難以維護(hù)，支護(hù)參數(shù)的設(shè)計(jì)嚴(yán)重影響開(kāi)切眼的安全。本文針對(duì)木瓜礦S10-102 大采高綜采工作面大斷面開(kāi)切眼擴(kuò)刷區(qū)支護(hù)困難等問(wèn)題，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，提出了“錨網(wǎng)梁+錨桿（索）”聯(lián)合支護(hù)方案，現(xiàn)場(chǎng)工業(yè)性實(shí)驗(yàn)和礦壓監(jiān)測(cè)說(shuō)明了該支護(hù)方案在切眼擴(kuò)刷區(qū)域能夠有效地控制圍巖變形，顯著提高了切眼圍巖的穩(wěn)定性，保證了采煤工作面開(kāi)采初期支架安裝期間的安全性。

1 概 況

木瓜煤礦位于山西省呂梁市方山縣大武鎮(zhèn)木瓜村。S10-102 工作面采高平均6.2 m。其切眼擴(kuò)刷區(qū)老頂為灰?guī)r，厚度2.8 ～7.0 m，深灰色堅(jiān)硬中厚層狀，參差狀斷口，局部裂隙發(fā)育，局部含少量燧石結(jié)核；直接底為泥巖，厚度3.6 ～7.4 m，灰黑色半堅(jiān)硬中厚層狀、含大量植物化石；老底為鋁質(zhì)泥巖，厚度3.1 ～9.6 m，灰色、灰白色，半堅(jiān)硬中厚層狀，具少量節(jié)理。

2 支護(hù)形式理論分析

2.1 錨桿+w 鋼帶支護(hù)技術(shù)原理

切眼第一次掘進(jìn)后原巖應(yīng)力受到破壞，巷道兩側(cè)及肩角會(huì)出現(xiàn)不同程度的應(yīng)力集中，圍巖整體性遭到破壞。二次擴(kuò)刷切眼支護(hù)難度比初次開(kāi)挖支護(hù)更加困難，頂板破碎甚至出現(xiàn)離層，錨桿可以將表面不穩(wěn)定巖層懸吊在上部穩(wěn)定巖層。另外通過(guò)錨桿的預(yù)緊力可以加固桿體周圍的破碎巖層[10]，錨桿和其周圍巖層相互作用組成錨固體，最終形成承壓拱，防止了破裂區(qū)擴(kuò)散，改善圍巖支護(hù)狀況，減小塑性區(qū)范圍和圍巖位移。同時(shí)配合W 鋼帶使用，可將多根錨桿連接起來(lái)，改變錨桿點(diǎn)作用狀態(tài)，擴(kuò)大作用面積，使錨桿預(yù)緊力和阻力得到擴(kuò)散，受力更均勻，提高了整體支護(hù)能力。

2.2 錨索（梁） 支護(hù)技術(shù)原理

大采高大跨度切眼穩(wěn)定性差，變形量大，一般矩形斷面巷道主要有2 種破壞形式：一是在巷道兩幫頂板處出現(xiàn)剪切破壞；二是巷道頂板的拉伸破壞。對(duì)于大斷面巷道，第二種破壞更為顯著。雖然錨桿+w 鋼帶可以形成較為堅(jiān)固承壓拱，具有一定的承載能力，但由于錨桿長(zhǎng)度有限，不能使淺部圍巖錨固在更深層巖層中，隨著時(shí)間推移，圍巖將會(huì)發(fā)生破壞。而錨索較長(zhǎng)，錨固點(diǎn)在更深部，從而達(dá)到懸吊淺部不穩(wěn)定圍巖的作用，減緩錨桿形成的承載結(jié)構(gòu)的下沉及破壞。

3 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

3.1 支護(hù)方案與參數(shù)

根據(jù)木瓜礦開(kāi)切眼地質(zhì)條件，確定該條件下巷道支護(hù)采用“錨網(wǎng)梁+錨桿（索）”聯(lián)合支護(hù)，達(dá)到強(qiáng)化巷道圍巖整體強(qiáng)度的目的，提高圍巖的自承能力。與傳統(tǒng)的架設(shè)鋼棚、注漿支護(hù)等相比，該支護(hù)方案具有工藝簡(jiǎn)單、施工方便、支護(hù)成本低等優(yōu)點(diǎn)。為了使錨桿(索)充分發(fā)揮其作用，通過(guò)在錨桿(索)托盤(pán)與螺母間安裝減摩墊圈和調(diào)心球墊，使托盤(pán)與墊圈接觸更嚴(yán)密，防止錨桿偏心受力和應(yīng)力局部集中，減小摩擦力，提高預(yù)緊力。在高應(yīng)力情況下減摩墊圈還能適應(yīng)性的張開(kāi)，提供緩沖作用，改善錨桿受力不良的情況，有效防止錨桿拉斷破壞而失效。另一方面，W 型鋼帶等構(gòu)件的安裝增大了與圍巖的接觸面積，擴(kuò)散了錨桿預(yù)應(yīng)力。錨索配合錨梁使用，在調(diào)動(dòng)深部圍巖強(qiáng)度的同時(shí)，使受力更均勻，淺部圍巖與深部穩(wěn)定巖層形成連接，提高圍巖整體強(qiáng)度與自承能力。錨桿、錨索、錨網(wǎng)的聯(lián)合支護(hù)作用保持了圍巖的完整性，有效控制巷道變形。其具體支護(hù)方法如圖1 所示。

3.1.1 “錨網(wǎng)梁+ 錨索”支護(hù)

S10-102 切眼擴(kuò)刷區(qū)域，頂錨桿采用φ20 mm×2 500 mm 的左旋螺紋鋼高強(qiáng)錨桿，間排距880 mm×900 mm，與原切眼對(duì)應(yīng)頂錨桿同排安裝，每排錨桿安裝一個(gè)長(zhǎng)度2.8 m（4 孔，孔距880 mm） 鋼筋梯子梁，同時(shí)靠左幫第一根頂錨桿與原巷道最右側(cè)頂錨桿間距為860 mm，錨固劑采用CKb2340、Z2360 樹(shù)脂錨固劑；擴(kuò)刷幫錨桿使用左旋螺紋鋼高強(qiáng)錨桿φ20 mm×2 000 mm，間排距為1 400 mm×1 350 mm，與頂錨桿同排布置，每孔充填Z2360 樹(shù)脂錨固劑1 條；頂錨索采用φ18.9 mm×6 300 mm 鋼絞線，間排距1 600 mm×1 800 mm，與原頂錨索同排對(duì)齊布置，同時(shí)靠左幫1 根頂錨索布置在距離原巷道靠右?guī)晚斿^索1 200 mm，且靠左幫一列的頂錨索每2 根采用3.0 m 的16 號(hào)槽鋼（2 孔，孔距1 900 mm） 進(jìn)行聯(lián)鎖，配合使用φ130 mm×8 mm×22.5 mm 沖擊蝶形墊片，靠右?guī)筒捎? 根300 mm×300 mm×12 mm 方形帶拱托板，并加調(diào)心球墊。

3.1.2 加強(qiáng)支護(hù)

S10-102 開(kāi)切眼擴(kuò)刷期間從起始至120 m 位置，每隔20 m，采用150 mm×150 mm×1 500 mm道木搭設(shè)井字形木墩，分別搭設(shè)在距巷道擴(kuò)刷后左幫2 600 mm 及右?guī)? 200 mm 位置；在巷道中線位置設(shè)1 根φ200 mm×4 400 mm 圓木，且頂板與圓木之間搭設(shè)200 mm×200 mm×500 mm 方木作為柱帽，在柱帽和頂板間塞入木楔，柱窩開(kāi)挖深度100 mm 以防止松動(dòng)。打點(diǎn)柱滯后擴(kuò)刷迎頭不得大于30 m，木墩滯后擴(kuò)刷迎頭不得大于40 m。若頂板巖性或礦壓監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)異常變化，需及時(shí)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，另行編制措施加強(qiáng)支護(hù)。

圖1 切眼擴(kuò)刷支護(hù)布置Fig.1 Support plan of open-off cut

3.2 支護(hù)效果

采用上述支護(hù)方案后，為檢驗(yàn)支護(hù)效果，對(duì)切眼進(jìn)行“十”字交叉布點(diǎn)法進(jìn)行監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)結(jié)果如圖2 所示。結(jié)果表明，頂?shù)装遄畲笠平繛?59 mm，兩幫最大移近量為115 mm。整體來(lái)看，支護(hù)效果良好，說(shuō)明支護(hù)能提高圍巖的整體強(qiáng)度，進(jìn)而有效控制圍巖變形，保證了采煤工作面支架安裝期間的安全性。

圖2 切眼表面位移觀測(cè)曲線Fig.2 Deformation curves of open-off cut

4 結(jié) 語(yǔ)

根據(jù)圍巖破壞特征，提出切眼擴(kuò)刷采用“錨網(wǎng)梁+錨桿（索）”聯(lián)合支護(hù)方案，確定了錨桿（索）間排距等參數(shù)，在現(xiàn)場(chǎng)得到良好的應(yīng)用?，F(xiàn)場(chǎng)礦壓監(jiān)測(cè)表明，頂?shù)装遄畲笠平繛?59 mm，兩幫最大移近量為115 mm，該支護(hù)方案能提高圍巖整體強(qiáng)度和穩(wěn)定性，使切眼變形處在合理范圍內(nèi)，為今后類似工程提供借鑒。