高地壓狀態下支護技術的研究

摘要:由于巷道失修率高、巷道失修頻繁，現有巷道維護狀況仍難以維持礦井的安全高效生產，迫切需要解決動壓影響下采區準備巷道的支護技術難題。該文就高地壓狀態下支護技術的在蘆嶺煤礦的應用進行了具體的研究，具有一定借鑒意義。

關鍵詞:高地壓 采礦條件 支護技術

0 引言

淮北礦業集團蘆嶺煤礦屬煤與瓦斯突出礦井，主采8#、9#煤層，煤層自燃發火期較短，目前該礦二水平開采深度600m左右。為了減小煤與瓦斯突出的危險性，該礦采用開掘底板巖石集中巷并預抽上部煤層瓦斯的方法，準備巷道基本上布置在距煤層30m左右的底板巖層中，同時為防止留設的保護煤柱自燃發火，工作面采取跨上山開采，因此，底板巷道受到強烈采動影響，工作面回采后，底板巷道遭到嚴重破壞，無法繼續使用，而且針對8#、9#煤層賦存特點所設計的回采工藝，使得底板巷道在同一區段需經受至少3次跨采，巷道允許修復周期很短，相應的維護難度極大。為此，礦井投入了大量的人力物力，但即使這樣，由于巷道失修率高、巷道失修頻繁，現有巷道維護狀況仍難以維持礦井的安全高效生產，迫切需要解決動壓影響下采區準備巷道的支護技術難題。

1 Ⅱ82軌道上山基本地質采礦條件

蘆嶺煤礦目前主采8#、9#煤層中， 8#煤平均厚度10m左右，屬強突煤層，9#煤厚度約2～3m，8#煤與9#煤之間的間距為3.2m，煤巖層綜合柱狀見圖1。

Ⅱ82軌道上山位于9煤底板，距9煤層30m。軌道上山圍巖以中、細粒砂巖為主，泥巖、粉砂巖次之。砂巖呈灰—灰白色，成份以石英長石為主，鈣泥質膠結，層理較發育。此類圍巖雖然巖塊強度較高，f值在4～6左右，但由于圍巖體內部結構面比較發育，巖體本身強度并不高，且經受多次跨采及修復后，巷道圍巖更加破碎。

2 Ⅱ82軌道上山現有支護狀況

Ⅱ82軌道上山原為錨網支護，巷道變形后采用U型鋼支架支護。由于該上山維護困難，動壓影響下U型鋼支架大多扭曲、開裂，為改善支護狀況將U型鋼型號由U29提高至U36，但支護狀況并沒有明顯改觀，局部巷道擴修后幫部補打錨桿。由于巷道圍巖經受多次破壞后，圍巖內結構面極為發育，當再次受到動壓影響時，巷道變形仍然無法得到有效控制，造成巷道頂板下沉劇烈、兩幫嚴重內移、底臌強烈，巷道全斷面收縮，為了保證巷道正常使用，不得不經常進行刷幫、重新扶棚，并反復進行臥底，這一惡性循環造成巷道維護特別困難。

3 Ⅱ82軌道上山新型支護技術方案

控制此類動壓影響下巷道圍巖的強烈變形，不僅要求支護體應具備較高的支護阻力，而且要求支護體具備高阻可縮特性。根據上述支護承載性能分析，結合軌道上山實際的圍巖條件和現有支護狀況，從保證巷道的長期支護效果出發，提出技術上可行、安全上有保障、經濟合理的高強穩定型支護技術方案。

3.1 技術方案的核心:U36型鋼+鋼絲網+注漿+耦合裝置

3.1.1 采用U型鋼壁后充填注漿，提高支架的整體承載性能

針對U型鋼棚壁后不均勻空隙，同時考慮到軌道上山圍巖裂隙十分發育的實際情況，采用U型鋼壁后充填注漿術，一方面通過注漿將支架與圍巖耦合為一體，實現支架與圍巖共同承載;另一方面通過注漿加固圍巖，提高圍巖體本身的穩定性。

3.1.2 采用耦合裝置進行結構補償，保證支架結構的穩定性 通過耦合裝置，托梁咬合U型鋼，對U型鋼支架進行雙向限位，并將U型鋼支架與錨索耦合為一體，可以很好地解決支架的結構穩定性難題，變不穩定支架結構為穩定支架結構，提高支架結構本身的穩定性。

3.1.3 新型錨索自鎖防滑錨具及其張拉裝置 這是兩項實用新型專利技術，該技術的優越性體現在兩個方面:①在巖體軟弱錨索初次張拉不易張緊，或者施工初期錨索鎖具沒有張緊的情況下，可防止錨索承載后期錨具滑移問題;②在錨索施工初期不宜張緊，而錨索承載后期又要防止錨具滑移的情況下，可以實現錨索錨具的定點鎖緊，既保護原有支護在支護初期不被人為破壞，又防止支護承載后期屈服破壞。

3.2 具體技術措施如下:

3.2.1 改善U36型鋼支架的受力狀況，發揮支架的整體承載能力，采用以下技術措施:

3.2.1.1 采用雙槽形夾板上、下限位卡纜，改進后的卡纜需經熱處理，提高其剛度，提高支架的整架承載性能。要求拱形支架的連接處用3付卡纜，2付雙槽夾板限位卡纜，一付普通夾板卡纜。

3.2.1.2 采用鋼絲網和拉條，提高支架的護表性能，要求每隔300mm～500mm用一根拉條。

3.2.1.3 采用壁后充填注漿，改善支架的受力狀況，使支架整體承載，并與圍巖形成統一的承載體系。

3.2.1.4 在選擇支架時，根據現有情況，與三節半園拱形支架相比，四節半園拱形支架具有可縮性好、重量輕、容易運輸的優點，但同三節半園拱形支架相比，搭接頭多一個，因此支架失穩機率較三節支架較大。在支架選擇上應根據實際情況合理選擇。

3.2.1.5 拱形支架的棚距為500mm，扎角8o。

3.2.2 根據現有巷道的變形特征，幫部應施工耦合裝置，對U36型鋼支架實現結構補償，以提高支架的整體承載能力。

3.2.3 注漿結束，待漿液凝固后，施工耦合裝置 按要求施工耦合裝置實現對U型鋼支架的結構補償。

錨索型號為φ17.8×6300mm，材質為1860鋼絞線，幫錨索間排距1000×1500mm。為防止U型鋼支架因錨索側單側受力導致側翻，兩排錨索之間采用高強樹脂錨桿進行平衡補償。平衡補償錨桿直徑Φ20mm，托梁孔直徑Φ22mm。錨桿絲口需用滾絲機加工。每個錨桿孔使用2支Z2350樹脂錨固劑或一支K2335和兩支Z2335樹脂錨固劑，經計算錨固長度在1.4m左右。孔深要求為2200±20mm，并保證鉆孔角度。錨桿托盤采用厚度為10mm鼓形托盤，大小為120×120mm，材質為A3鋼加工。耦合裝置及錨索托梁結構見圖2。為保證錨索托梁不因應打孔而降低強度，應在打孔位置兩側焊接82×82×16mm的錳鋼(16MnSi)，材質與卡纜材質相同。

3.4 采用上述支護方案，有以下幾個問題需要引起注意:

3.4.1 注漿材料可選用凝固后有一定強度，凝固時間較快的漿液;

3.4.2 注漿過程中應加強巡視，若軌道上山有輕微漏漿，可采用快凝水泥封堵，若嚴重跑漏漿，要立即停止注漿，并用快凝水泥封堵漏漿處，等漏漿封堵處快凝水泥凝固后，再進行注漿。再次注漿時要求加5%的水玻璃，以加快漿液的凝固速度。

3.4.3 當圍巖變形量(指頂板下沉量或兩幫相對位移量)大于100mm時，應立即采用錨索進行結構補償;

3.4.4 應加強該地質條件下加固巷道的礦壓觀測，特別是對U型鋼棚、錨索以及錨注一體化技術等不同支護工作性能的監測，以便為類似條件下的巷道加固提供技術保障;

3.4.5 施工前，應進行圍巖松動圈范圍測試，并根據測試結果調整支護方案。

3.5 底板治理方案 無高強控底措施是造成軌道上山巷道失穩的主要原因之一。考慮到巷道的長期支護效果，需采取高強控底措施。根據軌道上山的實際條件，采用以下底板治理方案。

采用錨索提高底板承載結構的穩定性，并采用樹脂和膠泥聯合錨固方式，提高錨索對軟巖巷道底板的錨固效果，具體支護措施如下:

3.5.1 采用底板錨梁網索支護時，需將巷道底板松散層剝離后打注漿錨桿，剝離深度達到設計底板標高以下150mm。

3.5.2 安裝底板注漿錨桿，并對底板澆鑄50mm厚混凝土。

3.5.3 進行底板注漿，待注漿過程結束后打錨索孔，安裝底梁并施工底板錨索，底板錨索間排距1500×1500mm。

3.5.4 再對底板進行二次澆鑄，二次澆鑄厚度為100mm混凝土，既達到底板設計標高，同時將超出底板設計標高的錨索頭剪掉。

底板注漿錨桿結構同頂幫注漿錨桿。如果底板比較完整，則底板直接采用錨索支護，但如果底板有一定厚度的松散層，施工錨索時容易塌孔，需提前進行注漿。

4 總結

通過對II82軌道上山這一系列的支護工藝改革，軌道上山的支護效果得到很大的改善，巷道失修率明顯減少，為解決高地壓狀態下支護技術開辟了一條新途徑。