郭小剛

(潞安環(huán)能股份公司 常村煤礦，山西 長(zhǎng)治 046102)

巷道支護(hù)方案的安全高效性為礦井高質(zhì)量發(fā)展提供重要技術(shù)保障，特別是在孤島工作面、“三下一上”采煤過(guò)程中巷道支護(hù)對(duì)支護(hù)要求極為苛刻。合理的支護(hù)方式能夠使巷道在服務(wù)期限內(nèi)變形量維持在一定區(qū)間范圍之內(nèi)，從而減少二次護(hù)巷返工帶來(lái)的物料浪費(fèi)。

常村煤礦2202綜采工作面為孤島工作面布置，該工作面兩側(cè)均受到采動(dòng)影響，巷道壓力比較大，煤體破碎，巷道頂板下沉嚴(yán)重，兩幫收斂明顯，錨桿錨索崩斷數(shù)量較多，原有支護(hù)方式不能有效滿(mǎn)足安全回采需求，不利于安全生產(chǎn)。結(jié)合該區(qū)域煤巖取樣力學(xué)性質(zhì)及相鄰巷道日常礦壓監(jiān)測(cè)結(jié)果，綜合分析采用高強(qiáng)錨網(wǎng)索梁聯(lián)合支護(hù)的方式。通過(guò)實(shí)踐發(fā)現(xiàn)巷道的變形問(wèn)題取得較大突破，頂?shù)装逦灰屏棵黠@減小。

1 工作面概況

2202綜放工作面南鄰2203綜放工作面采空區(qū)20 m，北鄰2201綜放工作面采空區(qū)20 m，東鄰S(chǎng)3-12工作面采空區(qū)45 m、西接22采區(qū)大巷，屬于孤島工作面。2202工作面有效推進(jìn)長(zhǎng)度1 043 m，工作面切眼長(zhǎng)249 m。工作面范圍內(nèi)主要發(fā)育有KX39陷落柱、aXn7陷落柱和KF42斷層，地質(zhì)條件較為復(fù)雜。2202工作面平面示意見(jiàn)圖1。

圖1 2202工作面平面示意

2 工作面臨近巷道支護(hù)及圍巖變形破壞情況

2202綜放工作面北鄰2201綜放工作面，其中2201綜放工作面膠帶巷采用矩形斷面(凈寬5.1 m×凈高3.3 m)與2202綜放工作面膠帶巷斷面尺寸完全相同。但是2201膠帶巷采用傳統(tǒng)的錨網(wǎng)支護(hù)方式，巷道頂部錨桿規(guī)格為D22 mm×2 400 mm讓壓錨桿，間排距為900 mm×1 000 mm，頂角錨桿向兩幫傾斜25°，中部錨桿垂直巷道頂板，托板為150 mm×150 mm×10 mm型蝶形托板，采用2支MSCK2350樹(shù)脂錨固劑。巷道幫部錨桿規(guī)格為D22 mm×2 400 mm讓壓錨桿，間排距為1 300 mm×1 000 mm，幫角錨桿向頂?shù)装鍍A斜10°，中部錨桿垂直巷道兩幫，托板為150 mm×150 mm×10 mm型蝶形托板，采用2支MSZ2350中速樹(shù)脂錨固劑。巷道頂部錨索垂直頂板呈小三花布設(shè)，規(guī)格為D22 mm×6 300 mm，排距為900 mm，垂直巷道頂板，托板為300 mm×300 mm×16 mm可調(diào)心托板，藥卷采用3支MSZ2350型樹(shù)脂藥卷。錨桿的錨固力190 kN，扭緊力矩不小于300 N·m；錨索預(yù)應(yīng)力不小于250 kN。支護(hù)斷面圖見(jiàn)圖2。

圖2 2201工作面膠帶巷巷道支護(hù)斷面圖(mm)

目前發(fā)現(xiàn)2201工作面膠帶巷圍巖變形有以下幾個(gè)特點(diǎn)：①巷道圍巖量很大，圍巖比較破碎。②巷道最初變形量最大。③巷道圍巖變形持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)。④巷道四周來(lái)壓導(dǎo)致圍巖發(fā)生變形。施工過(guò)程中出現(xiàn)頂?shù)装遄冃魏偷坠默F(xiàn)象。⑤工作面煤壁易受采動(dòng)影響，出現(xiàn)垮落片幫現(xiàn)象。

3 2202膠帶巷支護(hù)設(shè)計(jì)優(yōu)化及效果分析

3.1 支護(hù)參數(shù)確定原則

1) 一次支護(hù)原則。工作面支護(hù)必須保證一次完工。減少返工多次維護(hù)。這樣一方面符合安全高效生產(chǎn)要求，另一方面巷道首次揭露一次支護(hù)效果最佳。一旦出現(xiàn)圍巖破壞采用多次維護(hù)不僅浪費(fèi)物料還帶來(lái)很大的安全隱患。

2) 高預(yù)應(yīng)力和預(yù)應(yīng)力擴(kuò)散原則。巷道被動(dòng)支護(hù)和主動(dòng)支護(hù)中預(yù)應(yīng)力是主要因素，主動(dòng)支護(hù)采用高預(yù)應(yīng)力，進(jìn)而發(fā)揮主動(dòng)支護(hù)效果。首先通過(guò)專(zhuān)用工具施加錨(索)桿高預(yù)應(yīng)力；其次通過(guò)方托板、W鋼護(hù)板等構(gòu)件擴(kuò)散預(yù)應(yīng)力，增大作用范圍，提高支護(hù)的穩(wěn)定性。

3) “三高一低”原則。錨網(wǎng)支護(hù)中支護(hù)材料材質(zhì)占主要因素，強(qiáng)力度、高強(qiáng)度、高可靠性與低支護(hù)密度相配合原則。在提高錨(索)桿強(qiáng)度、剛度，保證支護(hù)系統(tǒng)可靠性的前提下，降低支護(hù)密度，減少對(duì)圍巖的擾動(dòng)，提高掘進(jìn)效率。

3.2 支護(hù)設(shè)計(jì)方案

通過(guò)對(duì)2202工作面取樣，由山西省地質(zhì)礦產(chǎn)研究院進(jìn)行巖石力學(xué)實(shí)驗(yàn)并出具編號(hào)為YS208079煤巖檢測(cè)報(bào)告，如表1所示。巖石的力學(xué)性質(zhì)差別相對(duì)較小，同種巖性巖石的力學(xué)性質(zhì)差別也較小，通過(guò)壓力試驗(yàn)機(jī)實(shí)驗(yàn)得到的結(jié)果可以為以下支護(hù)設(shè)計(jì)及優(yōu)化提供基礎(chǔ)巖石力學(xué)指導(dǎo)。

表1 YS208079煤巖檢測(cè)報(bào)告

通過(guò)臨近工作面巷道支護(hù)類(lèi)比和日常礦壓觀測(cè)數(shù)據(jù)，配合現(xiàn)有施工工藝和工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，確定在2202工作面膠帶巷采用全斷面高預(yù)應(yīng)力錨網(wǎng)索梁聯(lián)合支護(hù)方式。2202膠帶巷采用矩形斷面，掘進(jìn)寬度為5.3 m，凈寬為5.1 m，掘進(jìn)高度為3.4 m，凈高為3.3 m，凈斷面積為16.83 m2。

該巷道頂幫具體支護(hù)如下：

1) 頂板支護(hù)。錨桿形式和規(guī)格：采用強(qiáng)力錨桿B500材質(zhì)，桿體為22號(hào)左旋無(wú)縱筋螺紋錨桿，長(zhǎng)度為2.4 m，錨尾螺紋為M24。錨固方式：樹(shù)脂加長(zhǎng)錨固，兩支MSCK2350型超快速樹(shù)脂錨固劑；鉆孔直徑為30 mm，錨固長(zhǎng)度1 700 mm左右。鋼帶：采用14號(hào)圓鋼制作，頂鋼筋梯梁D14 mm×4 900 mm。托盤(pán)：采用拱形高強(qiáng)度托盤(pán)，托盤(pán)規(guī)格為150 mm×150 mm×10 mm。網(wǎng)片規(guī)格：采用10號(hào)鍍鋅鐵絲編制的經(jīng)緯網(wǎng)護(hù)頂，規(guī)格為5.3 m×1.0 m；網(wǎng)與網(wǎng)壓茬寬度100 mm，每隔100 mm用雙股16號(hào)鍍鋅鐵絲將相鄰網(wǎng)片聯(lián)接牢固，孔孔相連。錨桿布置：錨桿排距1 000 mm，每排6根錨桿，間距900 mm。錨索：采用高強(qiáng)度低松弛預(yù)應(yīng)力鋼絞線(xiàn)錨索，單根鋼絞線(xiàn)D22 mm，長(zhǎng)度8.3 m，加長(zhǎng)錨固，采用3支Z2350，錨固長(zhǎng)度約1.9 m。錨索托盤(pán)：300 mm×300 mm×16 mm；錨索采用小五花式布置。頂板較為破碎區(qū)域：采用錨索加槽鋼支護(hù)，錨索槽鋼采用18號(hào)×4 200 mm和18號(hào)×2 400 mm的槽鋼及配套鎖具，間排距1 800 mm×900 mm，小五花式布置。

2) 巷幫支護(hù)。錨桿形式和規(guī)格：左右兩幫采用強(qiáng)力錨桿B500材質(zhì)，桿體為22號(hào)左旋無(wú)縱筋螺紋錨桿，長(zhǎng)度為2.4 m，錨尾螺紋為M24。錨固方式：樹(shù)脂加長(zhǎng)錨固，采用2支樹(shù)脂錨固劑，Z2350中速樹(shù)脂錨固置于鉆孔底部，實(shí)際錨固長(zhǎng)度約1 700 mm。鋼帶：采用14號(hào)圓鋼制作，幫鋼筋梯梁D14 mm×3 000 mm。托盤(pán)：采用拱形高強(qiáng)度托盤(pán)，托盤(pán)規(guī)格為150 mm×150 mm×10 mm。網(wǎng)片規(guī)格：采用10號(hào)鍍鋅鐵絲編制的經(jīng)緯網(wǎng)護(hù)幫，規(guī)格為3.4 m×1.1 m；網(wǎng)與網(wǎng)壓茬寬度100 mm，每隔100 mm用雙股16號(hào)鍍鋅鐵絲將相鄰網(wǎng)片聯(lián)接牢固，孔孔相連。錨桿布置：排距1 000 mm，每排4根錨桿，間距900 mm。螺紋鋼錨桿擰緊扭矩≥100 N·m，錨桿錨固力≥190 kN。在實(shí)際施工中，應(yīng)加強(qiáng)礦壓監(jiān)測(cè)，據(jù)實(shí)際礦壓情況，合理調(diào)整巷幫支護(hù)參數(shù)，增設(shè)護(hù)幫錨索。

加強(qiáng)對(duì)巷道頂、幫的監(jiān)測(cè)監(jiān)控工作，如遇頂板(煤)破碎、離層，煤壁片幫，錨桿托板、錨索托梁受力變形等有壓力顯現(xiàn)情況時(shí)，及時(shí)采用補(bǔ)打錨桿、錨索或架設(shè)工字鋼、U29型鋼棚的方式加強(qiáng)巷道支護(hù)強(qiáng)度，確保頂板支護(hù)有效、安全。具體支護(hù)斷面圖如圖3、圖4和圖5所示。

圖3 膠帶巷錨網(wǎng)索梁支護(hù)斷面圖(mm)

圖4 巷幫支護(hù)斷面圖(mm)

圖5 巷頂支護(hù)斷面圖(mm)

3.3 礦壓監(jiān)測(cè)結(jié)果及分析

通過(guò)在膠帶巷中設(shè)置1個(gè)綜合觀測(cè)測(cè)站，綜合測(cè)站距離巷道開(kāi)口位置500 m處，在施工過(guò)程中，及時(shí)對(duì)巷道表面位移和綜合測(cè)站錨索錨桿測(cè)力計(jì)進(jìn)行觀測(cè)，收集礦壓數(shù)據(jù)匯總分析，結(jié)果如下：

1) 巷道表面位移觀測(cè)。巷道施工過(guò)程中，巷道兩幫移近量為221 mm，其中左幫移近量為106 mm，右?guī)鸵平?20 mm，巷道頂?shù)装逡平?0 mm。巷道收斂較臨近巷道穩(wěn)定。

2) 頂板離層監(jiān)測(cè)。為了觀測(cè)2202膠帶巷支護(hù)效果，每隔30 m安設(shè)1個(gè)離層儀監(jiān)測(cè)頂板離層情況。從離層儀監(jiān)測(cè)結(jié)果來(lái)看，絕大多數(shù)離層儀顯示離層值為0，只有極個(gè)別高頂區(qū)域離層儀顯示離層值為3～4 mm。離層儀監(jiān)測(cè)結(jié)果表明，全斷面強(qiáng)力錨網(wǎng)索梁支護(hù)方式有效地控制了頂板的穩(wěn)定。

3) 錨索受力監(jiān)測(cè)。在2202膠帶巷開(kāi)口500 m處安設(shè)1排錨索測(cè)力計(jì)。從錨索預(yù)緊力施加時(shí)，錨索的預(yù)緊力基本上達(dá)到了200 kN。錨索受力隨巷道掘進(jìn)過(guò)程中影響不大，錨索受力基本穩(wěn)定。證明錨索初期就很好地控制了巷道變形。

4 結(jié) 語(yǔ)

通過(guò)常村煤礦孤島工作面井下試驗(yàn)，驗(yàn)證了采用高應(yīng)力錨網(wǎng)索梁聯(lián)合支護(hù)方式的科學(xué)性、合理性。通過(guò)后期礦壓監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析得出，高預(yù)應(yīng)力錨網(wǎng)索梁支護(hù)方式使用，增強(qiáng)了圍巖的穩(wěn)定性，能夠滿(mǎn)足安全回采需求，為今后其他礦井在遇到相似巷道掘進(jìn)中提供了寶貴經(jīng)驗(yàn)。