錨、梁、網、錨索補強的組合支護技術在鎮城底礦的應用

胡文強

（山西焦煤西山煤電集團，山西 太原 030053）

錨、梁、網、錨索補強的組合支護技術在鎮城底礦的應用

胡文強

（山西焦煤西山煤電集團，山西 太原 030053）

針對西山鎮城底礦2、3號煤層圍巖變形量大的松軟復合頂板回采巷道，應用錨、梁、網、錨索補強的組合支護技術，控制了復合頂板回采巷道圍巖的強烈變形，解決了松軟復合頂板回采巷道支護的技術難題，實現了煤巷安全高效掘進。

松軟復合頂板；巷道；組合支護；應用

鎮城底礦位于古交礦區西部，設計生產能力150萬t/a。斜井-立井聯合開拓，主副井為斜井井筒，風井為立井。礦井開采水平布置在+760m，位于10號煤層底板巖石中，用一個水平同時開采上、下兩組煤。根據井田內煤層傾角不同，分別采用傾斜長壁和走向長壁形式布置綜采工作面。由于區內褶曲和斷層較多，特別是主采煤層頂板多為炭質泥巖與煤線互層，不穩定，較松軟和易垮落，使回采巷道支護效果較差，給安全和有序生產帶來極大危害。西山鎮城底礦2、3號煤層松軟復合頂板回采巷道（尤其是瓦斯尾巷），原采用傳統的架棚支護存在巷道圍巖變形量大、支護效果差、費用高等問題。為此，提出采用錨、梁、網、錨索補強的組合支護方案。

1 地質條件

鎮城底礦22409工作面副巷和尾巷開掘在2、3號煤層中，巷道埋深250 m，采區地質柱狀圖，見圖1。2、3號煤層平均厚度2.8 m，傾角2～9°，單向抗壓強度5.0 MPa，屬極不穩定松軟煤層。直接頂為砂質泥巖，厚度約12 m，單向抗壓強度52.2 MPa，部分巖層的單向抗壓強度僅為8.8 MPa；在厚約3.4 m的下位巖層中，夾有兩層厚度各約0.4 m的松軟薄煤層，構成了一種極不穩定類型的復合頂板。22409綜采工作面回采巷道直接頂為在中等穩定以下的巖層中夾有兩層厚0.3～0.5 m極軟煤層的復合頂板，與一般中等穩定以下的直接頂相比，巷道頂板變形增大20～34%，頂板破裂區深度增大23～83%。圍巖穩定性差，變形破壞強烈，支護難度很大。

圖1 2、3號煤層及頂、底板巖層綜合柱狀圖

22409工作面尾巷與工作面副巷平行布置，相距30 m。由于工作面中部有一斷層與工作面斜交通過，破壞了煤層的連續性，使靠近邊界工作面變窄，變成22409-1和22409-2兩個工作面開采。

2 巷道支護設計

2.1 復合頂板錨桿-錨索聯合支護原理

針對復合頂板巷道圍巖破裂區分布和變形分布的特點，應采用錨桿-錨索聯合支護形式，提出的復合頂板錨桿-錨索聯合支護原理由三部分內容組成：一是共同加固圍巖提高錨巖支護體的承載能力；二是錨索懸吊失穩巖層預防冒頂事故三是錨索工程延伸量應適應懸吊區內的圍巖變形。

復合頂板錨桿-錨索聯合支護原理可由圖2所示的圍巖與支護的相互作用關系加以說明。圖2中給出了錨索的力學特性曲線4和錨桿錨巖支護體的特性曲線3，與一般支架的力學特性不同，錨桿錨巖支護體的承載能力是隨著圍巖和自身變形的增加而降低。曲線1為圍巖特性曲線，它表示圍巖變形與支護強度之間的關系。若錨桿錨巖支護體特性曲線和錨索的特性曲線不能與曲線1相交，說明單獨采用錨桿支護或錨索支護，都不能控制圍巖達到穩定。若錨桿-錨索聯合支護時，由于錨巖支護體的承載能力提高，其共同支護作用特性曲線2可能與曲線1相交，在曲線的交點（A）處，圍巖的變形破壞可得到控制，能夠保持圍巖的穩定。錨索失效的的前提是圍巖達到穩定時的變形量U0小于錨索的延伸量ΔL。

圖2 圍巖與支護的相互作用關系

2.2 支護設計

斷面呈矩形，寬4.0 m，高3.0 m，掘進斷面積12.0 m2。

2.2.1 基本支護形式

依據“煤巷錨桿支護技術規范”關于對復合頂板可考慮在基本支護形式基礎上增加錨索加固的規定，以及錨桿-錨索聯合支護原理，通過應用巖層破裂過程分析系統RFPA2D計算軟件進行了4個支護方案對比，選擇最優方案的基本支護形式為：錨桿+鋼筋梁+網，錨索補強。

2.2.2 主要支護參數

以數值試驗得出的巷道圍巖破裂區分布和變形分布的定量結果為基礎，遵循錨桿-錨索聯合支護原理，進行了主要支護參數計算和選擇。

依據計算結果，結合工程類比，選定的主要支護參數列于表1。支護布置圖如圖3。

3 錨桿與錨索支護施工要求

3.1 巷道寬度的控制

寬度是影響巷道穩定性與確定支護參數的主要因素，施工時要嚴格按設計要求控制巷道寬度。用掘進機掘進巷道時，先從左上幫定位切割煤幫，直至底板。然后從左到右，從下向上切割破碎中間部分，再切割右幫，最后將巷道輪廓進行修整，盡量不超挖和欠挖。如果遇特殊地質情況而造成超挖時，超挖的寬度不得超過200 mm，如超寬達200～400 mm時，在頂板上應增加1根錨桿。

表1 支護材料表

圖3 尾巷支護布置

3.2 臨時支護

施工中嚴禁空頂作業，臨時支護必須符合作業規程規定，緊跟工作面。在堅硬完整頂板巷道中，無須進行臨時支護時，必須制訂相應的安全措施，并在作業規程中規定出最大空頂距離，報總工程師批準。

3.3 錨桿孔施工規定

錨桿孔間距誤差不應超過100 m；錨桿孔軸向偏差應控制在5°之內；錨桿孔深不應小于桿體有效長度，也不應大于桿體有效長度30 mm；錨桿端部必須推至孔底，尾端外露長度不應大于50 mm。

3.4 錨桿支護施工工藝流程

掛鋼筋梯（或鋼帶）—臨時支護—鉆頂板中部錨桿孔、掛金屬網、清孔—安裝錨桿、擰緊螺母—鉆頂板中旁錨桿孔、清孔—安裝錨桿、擰緊螺母—臨時支護改位—鉆頂板邊錨桿孔、清孔—安裝錨桿、擰緊螺母—鉆頂板邊斜（角）錨桿孔、清孔—安裝錨桿、擰緊螺母。

兩幫的錨桿支護一般落后工作面一定距離（具體距離由作業規程規定），和破煤運煤平行作業，其施工步驟和頂板支護大同小異。

在進行錨桿安裝時，應盡可能采用快速安裝工藝，即攪拌樹脂藥卷、上托板、擰螺母一次完成。錨桿尾端的托板應緊貼托梁，未接觸部位必須楔緊墊實。

3.5 鋪網

兩網搭接長度不應小于5mm，按規定連接，鋪網時必須拉緊，緊貼巖面，使網具有一定的預拉力。

4 支護監測與分析

4.1 監測內容與儀器

煤層錨網支護巷道礦山壓力監測是研究支護方式、原理、檢驗支護效果、判斷巷道支護穩定性和保證安全生產的一個重要手段。因此，在南四采區22409－1工作面巷道掘進時，就安裝相應觀測斷面頂板離層測點，根據觀測數據判斷出監測范圍內頂板是否出現離層現象及離層位置，錨桿支護質量和安全程度。在所設置的錨桿錨固力、圍巖深部和表面位移觀測斷面上，可測出錨桿錨固性能及在支承壓力影響下，巷道圍巖表面和深部位移量，得到巷道掘進和工作面回采時礦山壓力顯現的基本規律，驗證本巷道錨桿支護參數的合理性，為進一步完善兩巷錨桿支護設計提供依據。

頂板離層量監測通過在巷道頂板中央安裝遼寧工程技術大學研制的TXLCY-4型頂板離層指示儀實現的；巷道圍巖表面及深部位移觀測采用遼寧工程技術大學研制的“大位移量直讀式多點位移計”監測；頂底板移近量觀測；④錨桿錨固力監測用活塞式壓力測力計觀測。

4.2 監測結果分析

頂板下沉量不超過75 mm，副巷平均36 mm，尾巷平均50 mm；巷幫移近量不超過213 mm，副巷平均101 mm，尾巷平均135 mm。而且巷道收斂變形已經穩定。巷道變形主要特點是兩幫變形較頂板明顯，主要原因是兩幫的煤體松軟破碎，端錨錨桿控制范圍略小于巷幫破裂區深度。總體而言，巷道支護狀況良好，圍巖的變形得到了有效的控制。

尾巷錨固區內部頂板離層值不超過10 mm，平均為6 mm；距巷頂6 m深處巖層離層值小于17 mm，平均為11 mm；距巷頂3 m深處的薄煤層處離層值最大可達32 mm，平均15 mm。說明對于復合頂板一方面錨桿支護有效的控制了錨固區范圍以內的巖體變形和破壞；另一方面小孔徑樹脂錨索補強對控制懸吊區內頂板離層的發展和防止冒頂具有關鍵作用。

錨桿和兩幫錨桿受力相當，都較小。尾巷錨桿測力計預緊力20～30 kN，預緊后頂板錨桿受力小于35 kN，平均32 kN；巷幫錨桿受力小于55 kN，平均27 kN。尾巷錨索測力計預緊力50～60 kN，預緊后受力小于85 kN，平均58 kN。頂板錨桿、錨索受力相當煤巷錨桿支護技術規范關于性能規定的25～50%，尚有較大潛力。

5 應用效果

在鎮城底礦22409綜采工作面瓦斯尾巷，應用錨桿+鋼筋梁+網+錨索補強的支護方式支護巷道3 000余m。回采期間，兩條回采巷道均未發生變形嚴重情況；尾巷僅有輕微變形，部分地段發生少量底鼓。保留尾巷650 m，作為22407副巷二次使用，其中100 m巷道僅需簡單拉底，其費用較底，無需擴幫、架棚維修，大幅度降低了巷道維修費用，全礦回采巷道錨桿支護率達到94%以上。巷道經過三年多的使用，支護效果良好，為類似條件下巷道采用該支護技術奠定了基礎。

Abstract:For the loose and soft roof with big surrounding rock deformation in the caving roadways of No.2 and No.3 seams of Zhenchengdi Mine,the integrated support technique of anchor-beam-mesh-cable is applied.The deformation of supporting rock is under control,and the safe-and-efficient roadway driving is realized.

Keywords:loose and soft roof;roadway;integrated support;application

編輯：劉新光

Application of Reinforced Integrated Support of Anchor,Beam,Mesh and Cable in Zhenchengdi Mine

HU Wen-qiang

(Xishan Coal-electricity Group,Shanxi Coking Coal Group,Taiyuan,Shanxi 030053,China)

TD353

A

1672-5050（2010）05-0040-04

2010-03-15

胡文強（1968—），男，山西長子人，在讀博士，工程師，從事煤炭采掘技術工作。