徐龍舉

(山西華融龍宮煤業(yè)有限責(zé)任公司，山西 原平 034114)

長期以來，由于我國以煤為主的能源賦存特征，決定了煤炭一直是支撐我國國民經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的主要消費(fèi)能源之一，且短期內(nèi)不會(huì)改變。我國煤礦以地下開采為主，需要掘進(jìn)大量的地下巷道，相關(guān)資料顯示，我國地下年掘進(jìn)巷道長度已經(jīng)達(dá)到2萬km以上，因此，實(shí)現(xiàn)服務(wù)期內(nèi)巷道的穩(wěn)定控制是保證煤炭安全生產(chǎn)的必要前提[1-2]。隨著煤炭開采強(qiáng)度的不斷增加，煤炭開采逐漸向深部轉(zhuǎn)移，由于地下煤巖層在深部高地應(yīng)力、地溫等作用下，巷道掘進(jìn)極易出現(xiàn)大變形現(xiàn)象，為此，針對深部巷道圍巖控制難題，國內(nèi)外相關(guān)專家學(xué)者和技術(shù)人員進(jìn)行了大量研究，并提出了如高強(qiáng)度錨網(wǎng)索聯(lián)合支護(hù)、鋼管混凝土支護(hù)等支護(hù)技術(shù)與形式[3-5]。龍宮煤業(yè)25105回風(fēng)巷埋深在621～676 m，受深部高地應(yīng)力影響，巷道圍巖控制難度較大，本文以龍宮煤業(yè)25105回風(fēng)巷為工程背景，開發(fā)深部巷道錨網(wǎng)梁索棚聯(lián)合支護(hù)技術(shù)，為類似條件下巷道支護(hù)技術(shù)設(shè)計(jì)提供借鑒。

1 工程概況

龍宮煤業(yè)25105回風(fēng)巷道服務(wù)于25105工作面，用于滿足回風(fēng)、運(yùn)輸、行人的需要。25105工作面開采5號煤層，位于二水平一采區(qū)，工作面地面標(biāo)高1 462～1 539 m，井下煤層底板標(biāo)高841～863 m。25105工作面北部為25103工作面，南部為25106工作面，西部為采區(qū)集中輔助運(yùn)輸下山，東部為F9斷層保護(hù)煤柱，采掘工程平面示意見圖1。地質(zhì)資料顯示，25105工作面整體呈單斜構(gòu)造，地層走向北東，傾向北西，傾角14～22°，平均傾角18°，開采區(qū)域煤層賦存較穩(wěn)定，煤層厚度2.0～9.08 m，平均煤厚7.70 m，普氏系數(shù)為2，煤層結(jié)構(gòu)復(fù)雜。煤層直接頂為砂質(zhì)泥巖，平均厚度為3.78 m，抗壓強(qiáng)度35.2～36 MPa，平均35.5 MPa，屬于較穩(wěn)定頂板；老頂為砂巖，平均厚度7.0 m，抗壓強(qiáng)度105.2～110.5 MPa，平均107.6 MPa，屬于穩(wěn)定頂板；底板為砂質(zhì)泥巖，平均厚度為8.39 m，抗壓強(qiáng)度38.0～41.2 MPa，平均39.5 MPa，屬于較穩(wěn)定底板。底板未發(fā)生過底鼓現(xiàn)象，煤層頂?shù)装逄卣饕姳?。根據(jù)龍宮煤業(yè)25105回風(fēng)巷道生產(chǎn)地質(zhì)條件以及設(shè)計(jì)要求，25105回風(fēng)巷道沿煤層底板掘進(jìn)，設(shè)計(jì)25105回風(fēng)巷道為梯形斷面，掘進(jìn)寬度上3.2 m/下4.9 m，掘進(jìn)高度3.2 m。

圖1 25105工作面采掘工程平面示意

表1 煤層頂?shù)装逄卣?/p>

2 深部巷道錨網(wǎng)索棚聯(lián)合支護(hù)技術(shù)

2.1 深部巷道支護(hù)思路和原則

1) 頂板軟弱煤體被動(dòng)強(qiáng)化支護(hù)。龍宮煤業(yè)25105回風(fēng)巷道頂板為4.5 m厚的軟弱煤體，質(zhì)軟，易出現(xiàn)離層現(xiàn)象，因此，采用棚式支護(hù)對巷道頂板軟弱煤體進(jìn)行強(qiáng)化支護(hù)，加強(qiáng)巷道頂板軟弱煤體的支護(hù)強(qiáng)度，避免巷道頂板煤體大范圍離層、碎脹引起巷道支護(hù)結(jié)構(gòu)失效。

2) 及時(shí)強(qiáng)化頂幫軟弱煤體主動(dòng)支護(hù)原則。龍宮煤業(yè)25105回風(fēng)巷道掘出后，由于巷道頂幫均為煤體，煤體由表層由三向約束轉(zhuǎn)為單向自由的狀態(tài)，易出現(xiàn)離層、片幫等現(xiàn)象，自穩(wěn)能力差，因此，巷道掘出后應(yīng)及時(shí)主動(dòng)支護(hù)，強(qiáng)化巷道頂幫軟弱煤體，從而促使巷道頂幫軟弱煤體與支護(hù)結(jié)構(gòu)形成有效統(tǒng)一的承載結(jié)構(gòu)，共同約束巷道變形。

3) 利用穩(wěn)定巖層承載能力。龍宮煤業(yè)25105回風(fēng)巷道老頂為砂巖，平均厚度7.0 m，抗壓強(qiáng)度105.2～110.5 MPa，平均107.6 MPa，屬于穩(wěn)定頂板，具備較強(qiáng)的承載能力，因此25105回風(fēng)順圍巖控制應(yīng)采用加長錨索，將頂板軟弱煤體錨固至平均7.0 m厚的老頂砂巖，從而進(jìn)一步改善巷道圍巖結(jié)構(gòu)環(huán)境。

2.2 錨網(wǎng)索棚聯(lián)合支護(hù)技術(shù)

基于龍宮煤業(yè)25105回風(fēng)巷道實(shí)際生產(chǎn)地質(zhì)條件、深部巷道支護(hù)思路和原則，開發(fā)錨網(wǎng)索棚聯(lián)合支護(hù)技術(shù)，圖2給出了龍宮煤業(yè)25105回風(fēng)巷道支護(hù)斷面圖，具體參數(shù)如下：

1) 工字鋼棚式支護(hù)。采用3.0 m長11號礦用工字鋼棚梁和3.3 m 長11號礦用工字鋼棚腿等腰梯形斷面架棚支護(hù)。扎角294 mm/m，棚腿上端焊有防掉棚梁護(hù)板, 棚腿下端焊有金屬墊板，棚距中至中0.7 m，單雙棚間隔支設(shè)，第一架使用雙棚(并排兩架棚)，柱窩深度不小于0.2 m，棚腿要支設(shè)在實(shí)底上，柱窩為煤要穿木鞋，木鞋規(guī)格長×寬×厚=400 mm×200 mm×50 mm。

頂幫均鋪菱形網(wǎng)，規(guī)格：長3 000 mm、寬800 mm(網(wǎng)孔50 mm×50 mm)。網(wǎng)與網(wǎng)搭接100 mm，每300 mm聯(lián)一扣，每扣擰2～3圈，聯(lián)網(wǎng)絲采用14號鐵絲。頂網(wǎng)的長邊與棚梁平行，幫網(wǎng)長邊與棚腿平行。

2) 錨桿(索)支護(hù)。每架棚檔內(nèi)頂部打5根錨桿，兩幫各打4根錨桿，頂錨桿使用直徑18 mm、長2 250 mm錨桿，間距800 mm，每隔1排錨桿，布置1條3 m鋼帶，錨索打在鋼帶2、4孔內(nèi)，錨索為D15.24 mm×9 000 mm左旋鋼絞線，每根錨索均用1支CK2335、2支MSK2360樹脂錨固劑固定，每根錨桿均用1支MSK2360樹脂錨固劑固定，托盤采用木托盤配合中間有圓孔的圓型鐵盤使用，圓托盤直徑120 mm，厚度不小于8 mm，每幫打設(shè)4根錨桿，采用直徑18 mm、長度2 250 mm的螺紋鋼錨桿，托盤為中間有圓孔的矩形鐵板制作，長、寬各150 mm，厚度不小于8 mm，每根錨桿用1支MSK2360樹脂錨固劑。

圖2 龍宮煤業(yè)25105回風(fēng)巷道支護(hù)斷面圖(mm)

3 圍巖控制效果

將開發(fā)的深部巷道錨網(wǎng)索棚聯(lián)合支護(hù)技術(shù)應(yīng)用于龍宮煤業(yè)25105回風(fēng)巷道，同時(shí)在25105回風(fēng)巷道掘進(jìn)后，及時(shí)采用十字測試法監(jiān)測25105回風(fēng)巷道圍巖變形，回風(fēng)巷道掘進(jìn)后0～150 d的圍巖變形曲線,見圖3。

圖3 龍宮煤業(yè)25105回風(fēng)巷道圍巖移近曲線圖

由圖3可知，25105回風(fēng)巷道掘進(jìn)后90 d內(nèi)，圍巖變形較快，該階段內(nèi)(90 d)25105回風(fēng)巷道頂板、底板、左幫、右?guī)屠塾?jì)變形量分別為120 mm、138 mm、102 mm、92 mm，平均變形速度分別為1.33 mm/d、1.53 mm/d、1.13 mm/d、1.02 mm/d。兩個(gè)月后25105回風(fēng)巷道圍巖變形顯著降低，頂板、底板、左幫、右?guī)妥冃嗡俣染档椭?.1 mm/d以下。25105回風(fēng)巷道掘進(jìn)穩(wěn)定后，頂板、底板、左幫、右?guī)屠塾?jì)變形分別為131 mm、150 mm、105 mm、101 mm。綜上所述，龍宮煤業(yè)25105回風(fēng)巷道頂板、底板、左幫、右?guī)蛧鷰r變形量均在可控范圍內(nèi)，同時(shí)現(xiàn)場調(diào)研結(jié)果顯示，25105回風(fēng)巷未發(fā)生大的變形，證明了深部巷道錨網(wǎng)索棚聯(lián)合支護(hù)技術(shù)及參數(shù)的可靠性。

4 結(jié) 語

深部巷道圍巖控制難度較大，以龍宮煤業(yè)25105回風(fēng)巷道生產(chǎn)地質(zhì)條件為工程背景，提出了頂板軟弱煤體被動(dòng)強(qiáng)化支護(hù)、及時(shí)強(qiáng)化頂幫軟弱煤體主動(dòng)支護(hù)原則、利用穩(wěn)定巖層承載能力的深部巷道支護(hù)思路和原則，開發(fā)了深部巷道錨網(wǎng)索棚聯(lián)合支護(hù)技術(shù)。現(xiàn)場應(yīng)用后，及時(shí)監(jiān)測了巷道變形情況，25105回風(fēng)巷道掘進(jìn)穩(wěn)定后，頂板、底板、左幫、右?guī)屠塾?jì)變形分別為131 mm、150 mm、105 mm、101 mm，變形可控，未發(fā)生大的變形，證明了深部巷道錨網(wǎng)索棚聯(lián)合支護(hù)技術(shù)及參數(shù)的可靠性。