錨網(wǎng)索支護(hù)技術(shù)在沿空掘巷開(kāi)采中的應(yīng)用

文/王志 田子文

目前，一些中小型煤礦在煤炭生產(chǎn)中，煤層采煤預(yù)留煤柱的煤炭?jī)?chǔ)量多，資源浪費(fèi)比較嚴(yán)重。為了提高煤炭資源的回采率，李家塔煤礦經(jīng)過(guò)實(shí)際論證，在巷道首次采用沿空掘巷技術(shù)工藝，在工作面采空區(qū)上覆巖層移動(dòng)基本穩(wěn)定后，留小煤柱在廢棄巷道邊緣的煤體中重新掘巷，作為原工作面的進(jìn)風(fēng)巷。

通過(guò)研究巖層性質(zhì)、構(gòu)造和礦壓顯現(xiàn)特點(diǎn)，推測(cè)出要使沿空掘巷能承受集中壓力的動(dòng)壓作用而不發(fā)生片幫、冒頂?shù)痊F(xiàn)象，要求支護(hù)結(jié)構(gòu)必須具有較大的柔性和可伸縮性，只有使用錨桿、錨索支護(hù)形式，才能確保煤礦實(shí)現(xiàn)安全高效發(fā)展。

一、地質(zhì)條件及工程概況

12-1131巷掘進(jìn)工作面沿12#煤層頂板掘進(jìn)，12#煤層穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，含1～2層0.06～0.1m厚的夾矸，煤層厚度2.3～2.8m，平均厚度2.5m；直接頂為泥巖（局部變?yōu)榉凵皫r），厚3m左右,中間夾一層0.2～0.5m厚的煤線(大致在12#煤層上部1.2～2m之間)；基本頂為粉砂巖，厚約4m左右，含黃鐵礦和植物化石碎屑,夾薄泥巖，11#煤層在12#煤層上部7m左右，10#煤層在11#煤層上部2m左右，其頂板為k2灰?guī)r，平均厚度8.9m；12#煤層直接底為石英砂巖、硅質(zhì)膠結(jié)、質(zhì)脆，厚度約5m左右。

二、巷道位置的選擇

沿空掘巷要求把巷道布置于低應(yīng)力場(chǎng)，便于巷道維護(hù)，減少變形量，其關(guān)鍵是嚴(yán)格控制煤柱寬度，留小煤柱的目的是將巷道和采空區(qū)隔離，防止采空區(qū)的水和有害氣體串入巷道，危及安全生產(chǎn)。煤柱的寬度對(duì)巷道的維護(hù)狀況起決定作用。

如果煤柱太小，由于靠采空區(qū)側(cè)的煤柱受支承力的影響已呈塑形，容易失穩(wěn)，片幫嚴(yán)重；如果煤柱過(guò)大，將使巷道壓力大、支護(hù)困難。根據(jù)李家塔煤礦大量觀測(cè)資料統(tǒng)計(jì)，采面回采后沿傾斜支承壓力分布情況可分為ABC三個(gè)區(qū)，其中A區(qū)為采空區(qū)邊緣稱為減壓區(qū)，變化范圍為3～15m，B為應(yīng)力增高區(qū)，范圍在15～40m，C為原巖應(yīng)力區(qū)。因此，確定煤柱留設(shè)10m，使掘進(jìn)巷道位于采空區(qū)減壓區(qū)內(nèi)，便于維護(hù)。

三、巷道斷面及支護(hù)形式

1.巷道斷面

12-1131巷道設(shè)計(jì)寬度3.4m，高度2.5m，凈斷面積 8.5m2，掘進(jìn)斷面 9.36m2。

2.巷道支護(hù)形式

（1）頂部采用了高強(qiáng)錨桿配合雙排組錨索支護(hù)。選用Φ20×2000mm的左螺旋紋鋼錨桿，選用CK2340型樹(shù)脂錨固劑和Z2388型樹(shù)脂錨固劑各一條，使用Φ130×8mm的沖壓碟形墊片，并配合金屬網(wǎng)、錨梁進(jìn)行支護(hù)，錨桿“五五”布置，間排距850×800mm。選用Φ15.24×6500mm錨索，配套使用CK2340型樹(shù)脂錨固劑和Z2388型樹(shù)脂錨固劑各兩條以及2.4m長(zhǎng)14#槽鋼、MX型鎖具加強(qiáng)支護(hù)。每排施工兩根錨索，配合槽鋼托梁形成組錨索，間距1400mm，排距3000mm。

（2）兩幫采用普通錨桿支護(hù)。選用Φ14.6×1600mm的金屬錨桿，2630型水泥錨固劑兩條，使用Φ100×6mm的沖壓碟形墊片，并配合金屬網(wǎng)、錨梁進(jìn)行支護(hù)。錨桿“三三”布置，排距800mm，間距1000mm，肩窩幫錨桿距頂100mm。

3.支護(hù)機(jī)理分析

（1）采用錨索、鋼帶形成高強(qiáng)度、大收縮性的支護(hù)承載圈，即組合加固拱。據(jù)有關(guān)的測(cè)定組合拱內(nèi)的巖體強(qiáng)度接近于破壞前的強(qiáng)度，同時(shí)具有較大的可縮性，這是沿空掘巷支護(hù)所必須具備的，只要支護(hù)參數(shù)選擇合理是可以取得較好效果的。錨桿在巖層中的實(shí)質(zhì)就是錨桿對(duì)松動(dòng)圈進(jìn)行約束擠壓加固，重新形成具有一定強(qiáng)度、一定厚度的組合加固拱。

（2）由于采用沿空掘巷，普通錨桿難以保證巷道支護(hù)的可靠性。因此必須在普通的錨網(wǎng)梁支護(hù)的基礎(chǔ)上使用錨索支護(hù)，從而通過(guò)錨索的懸吊作用，與錨網(wǎng)梁形成的組合梁形成一個(gè)厚度加大、抗彎強(qiáng)度和剛度提高的組合梁結(jié)構(gòu)。

（3）采用錨桿支護(hù)，可以減少圍巖淺部的擴(kuò)容變形能力。在高應(yīng)力作用下，擴(kuò)容變形是不可能完全阻止，通過(guò)錨索支護(hù)可以有效地加固錨固范圍的圍巖體，可大大減少其擴(kuò)容變形量。

（4）采用鋼帶、金屬網(wǎng)提高了圍巖面的抗拉變形能力，控制圍巖變形量，同時(shí)通過(guò)鋼帶，形成一個(gè)有機(jī)的支護(hù)體，而不是錨桿錨索的獨(dú)立作用，從而提高了整體支護(hù)能力。

（5）錨索外部采用槽鋼墊板，提高了抗變形能力，在高應(yīng)力的作用下，通過(guò)槽鋼的塑性變形進(jìn)行部分卸壓，大大減少了錨索的破損力。

（6）塑性變形卸壓是一種少量可以允許的變形量，這種變形量不是有害的，它不影響巷道的安全使用。

四、礦壓觀測(cè)

1.礦壓觀測(cè)內(nèi)容

（1）圍巖表面位移觀測(cè)。圍巖表面位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)采用直線布點(diǎn)法。所有監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)建立臺(tái)賬，如下表。

測(cè)點(diǎn)距工作面距離（m）移近量（mm）頂?shù)装? 2 3 4 5 20 40 60 80 100 100 80 60 50 60 50 48 46 40 38兩幫

（2）巷道每隔50m安裝一組頂板離層監(jiān)測(cè)儀觀測(cè)頂板離層情況，無(wú)論頂板還是兩幫位移都很穩(wěn)定，頂板沒(méi)有離層現(xiàn)象。

（3）錨桿錨固力量測(cè)定。每隔30m設(shè)一個(gè)觀測(cè)斷面，對(duì)錨桿錨固力進(jìn)行測(cè)量。使用錨桿拉力計(jì)進(jìn)行錨桿錨固力的測(cè)試，使用公斤扳手進(jìn)行錨桿初錨力測(cè)試。測(cè)量結(jié)果，初錨力、錨固力均符合設(shè)計(jì)要求。

五、效果分析

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)，12-1131巷沿空掘巷采用錨索加強(qiáng)支護(hù)比單獨(dú)使用錨桿支護(hù)有明顯改善，主要表現(xiàn)在：解決了前邊掘進(jìn)，后邊維修的問(wèn)題；巷道頂板和兩幫整體性比較好，雖然頂板有一定的下沉量，但仍然保持完整、穩(wěn)定，支護(hù)狀態(tài)好；使用錨索加強(qiáng)支護(hù)后，頂板的安全程度有了明顯的改觀。

六、技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析

1.沿空掘巷，采用錨網(wǎng)索支護(hù)，巷道支護(hù)質(zhì)量得到很大改觀。

2.巷道經(jīng)受動(dòng)壓影響，變形量小，無(wú)冒頂片幫現(xiàn)象。

3.采用錨網(wǎng)支護(hù)，具有承載快，錨固力大，位移小和可靠性強(qiáng)。

4.錨桿掛網(wǎng)配合鋼筋托梁作用，使錨桿受力狀態(tài)得以平衡，發(fā)揮了錨桿群共同承載作用，能與圍巖一起作用來(lái)提高圍巖承載能力，主動(dòng)進(jìn)行支護(hù)，有效抑制了圍巖的變形。

5.采用錨網(wǎng)支護(hù)，錨固范圍內(nèi)巖體的整體性得到加強(qiáng)，防止了頂板滑移，使頂板的松動(dòng)離層受到了抑制。

6.采用錨網(wǎng)索支護(hù)，工序簡(jiǎn)單，施工容易，巷道斷面小，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，減少了巷道維護(hù)量。

七、結(jié)論

李家塔礦在12-1131巷首次采用沿空留巷技術(shù)，并將錨網(wǎng)索支護(hù)應(yīng)用于其中，巷道能經(jīng)受動(dòng)壓影響，變形量小，無(wú)冒頂片幫現(xiàn)象發(fā)生，是切實(shí)可行的有效方法，具有廣闊的應(yīng)用前景。