王小紅

（長治市能源工程技術(shù)中心，山西 長治 046000）

引言

巷道在綜采作業(yè)過程中出現(xiàn)的垮塌是一種比較嚴(yán)重的安全生產(chǎn)事故，不僅嚴(yán)重影響煤礦井下綜采作業(yè)的效率，而且會造成較為嚴(yán)重的人員傷亡事故。目前，多數(shù)煤礦對井下巷道支護(hù)時主要采用單錨桿支護(hù)為主、人工補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)為輔的支護(hù)結(jié)構(gòu)。這種支護(hù)結(jié)構(gòu)布局不合理、支護(hù)工作量大、效率低下，已經(jīng)成為制約井下巷道掘進(jìn)效率進(jìn)一步提升的關(guān)鍵因素，因此需對巷道支護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，提高布局合理性，在確保支護(hù)效果良好的情況下減少支護(hù)工作量，降低支護(hù)成本，提高支護(hù)效率和安全性。

1 井下支護(hù)工藝優(yōu)化

以井下常規(guī)的巷道布局結(jié)構(gòu)為例，其工作面順槽永久支護(hù)斷面為5.4 m×3.8 m，本文提出的新的巷道支護(hù)結(jié)構(gòu)（如圖1所示）以錨網(wǎng)索聯(lián)合支護(hù)為核心，滿足在復(fù)雜地形條件下支護(hù)可靠性的需求[1]。

圖1 井下巷道支護(hù)結(jié)構(gòu)示意圖（單位：mm）

由圖1可知，在頂板支護(hù)時，錨桿為22 mm高強(qiáng)度錨桿，其鋼號為HRB500，長度2.4 m，桿尾螺紋為M24。采用K2350型錨固劑進(jìn)行錨固，鉆頭直徑為28 mm，錨固長度為1 000 mm。采用高強(qiáng)螺母作為錨桿配件，采用150 mm×150 mm×10 mm蝶形托板。在進(jìn)行錨桿設(shè)置時，頂角錨桿打設(shè)偏角為與垂直向上方向成20°，其他錨桿需要和上方的頂板保持垂直。

在巷道上方采用金屬防護(hù)網(wǎng)，網(wǎng)孔尺寸為40 mm×40 mm，錨桿排距為900 mm，每排7根錨桿，在0～70 m之間錨桿間距為850 mm，在70～1 849 m之間錨桿間距為830 mm。設(shè)置錨桿扭矩為300 N·m，錨固力為200 kN，以保證緊固的可靠性。

錨索是直徑為22 mm的高強(qiáng)度低松弛預(yù)應(yīng)力鋼絞線，長度為8 300 mm，鉆頭直徑為28 mm，使用3支K2350低黏度錨固劑，錨固長度為1 500 mm。托盤尺寸為300 mm×300 mm×16 mm，再設(shè)置一套可調(diào)心的球墊和鎖具與之配套[2]。錨索的設(shè)置為，沿巷道前進(jìn)方向按4-3-4設(shè)置，按1 700 mm、1 275 mm設(shè)置錨索間距，按900 mm設(shè)置錨索排距，對于行人側(cè)錨索的施工可滯后綜采面10排進(jìn)行，若巷道迎頭頂板出現(xiàn)碎裂，則需要沿著綜采面進(jìn)行錨索支護(hù)。錨索預(yù)緊力為25 t、錨固力為60 t。采用10號鉛絲對錨索托盤進(jìn)行“一”字捆綁，要求在錨索上至少纏兩圈，雙股“一”字將其捆綁在頂網(wǎng)上。

2 巷道支護(hù)參數(shù)校核

在確定支護(hù)方案后，需要對關(guān)鍵的支護(hù)參數(shù)進(jìn)行校核，使其滿足支護(hù)安全性的需求。根據(jù)分析，在支護(hù)時的核心參數(shù)主要有錨桿長度、錨桿直徑、錨索長度等，采用懸吊作用理論完成錨桿支護(hù)參數(shù)的校核[3]。

2.1 錨桿長度L桿的確定

式中：L1為錨桿外露長度，取0.12 m；L2為錨桿有效長度，取1.212 m；L3為錨桿插入巖層的長度，取0.4 m。

故錨桿長度L桿=1.732 m。根據(jù)井下常用錨桿的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格，選取錨桿長度2.4 m，滿足要求。

2.2 錨桿直徑d的確定

d=L/110=2.4/110=21.8 mm，取22 mm，滿足要求。

2.3 錨索長度L索的確定

式中：La為錨索插入巖層的長度，經(jīng)計算La=1.971 m；Lb為需要懸吊的不穩(wěn)定巖層厚度，取0.5 m；Lc為上托盤與錨具的總厚度，取0.14 m；Ld為需要外露的張拉長度，取0.15 m。

故錨索長度L索=2.761 m。施工時取錨索長度大于2.8 m即可，具體長度根據(jù)井下實(shí)際情況得以確定，本文選擇最常用的通用尺寸8.3 m，完全滿足支護(hù)安全需求。

3 巷道支護(hù)技術(shù)要求

為了提升錨桿在支護(hù)過程中支護(hù)的便捷性，以及提高錨桿孔設(shè)置效率，經(jīng)過對多種打孔工具進(jìn)行驗(yàn)證后，推薦采用MQT-120/2.3/1.45錨鉆機(jī)（見圖2）。這種錨鉆桿具有收放方便、井下使用靈活性高、鉆孔速度快、穩(wěn)定性好的優(yōu)點(diǎn)。為確保安全，在井下打眼、安裝錨桿時不得在空頂情況下作業(yè)，在支護(hù)前必須進(jìn)行敲幫問頂，去除活動的巖石，防止支護(hù)過程中碎石滾落。

圖2 錨鉆機(jī)實(shí)物圖

4 巷道支護(hù)效果分析

在對井下巷道支護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化后，在井下巷道內(nèi)的不同區(qū)域設(shè)置了5個監(jiān)測站點(diǎn)，在監(jiān)測站點(diǎn)上設(shè)置位移傳感器用于對在巷道掘進(jìn)過程中圍巖的變形情況進(jìn)行監(jiān)測[4]，監(jiān)測結(jié)果如圖3所示。

圖3 井下巷道圍巖變化情況

由監(jiān)測結(jié)果可知，優(yōu)化后巷道圍巖的變形隨著巷道掘進(jìn)時間的推移而增大，巷道掘進(jìn)約50 d后，圍巖變化情況基本穩(wěn)定，平均變形量約為110 mm，比優(yōu)化前的420 mm降低了74.1%。可見，對井下巷道支護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，可極大地提升井下支護(hù)的穩(wěn)定性。

同時，通過對巷道支護(hù)過程中的支護(hù)效率對比分析，優(yōu)化后巷道的支護(hù)效率比優(yōu)化前提升了約39.4%。

5 結(jié)論

1）優(yōu)化后的巷道支護(hù)結(jié)構(gòu)以錨網(wǎng)索聯(lián)合支護(hù)為核心，支護(hù)穩(wěn)定性好，可靠性高，能夠滿足在復(fù)雜地形條件下支護(hù)可靠性的需求；

2）采用懸吊作用理論完成錨桿、錨索支護(hù)的參數(shù)校核，能夠判斷支護(hù)參數(shù)的選擇合理性；

3）優(yōu)化后巷道的支護(hù)效率比優(yōu)化前提升了約39.4%，巷道變形量比優(yōu)化前降低了74.1%，極大地提升了井下支護(hù)的穩(wěn)定性。