全煤掘進永久大巷錨網支護技術研究

摘要：針對霍爾辛赫煤業東輔運大巷全煤掘進大巷的斷面大，煤幫高，不穩定，煤巖體比較破碎，支護困難的特點，依據強力一次支護理論及原則，采用高預應力強力錨桿錨索組合支護系統支護，并進行礦壓監測，監測結果，強力支護系統能夠很好的抑制圍巖的離層破碎，防止巷道變形破壞。

關鍵詞：全煤掘進 永久大巷 錨網支護 高預應力

0 引言

霍爾辛赫井田位于山西省長子縣東部，屬于太行山中段西側長治盆地的西側，疊加有軸向為南北向、北北東向兩組寬緩褶皺。主要開采煤層為3#煤層，位于山西組下部，煤層厚度4.49-7.17m，平均5.6m，煤層結構簡單。礦井設計能力為300Mt/a，根據開采煤層賦存特點、頂底板巖性，確定大巷大部分沿煤層布置。由于開拓大巷巷道斷面較大，輔運大巷寬度5.2m，平均高度5.6m，斷面積達29.12m2，局部段斷面更大，再加上煤層比較破碎，礦山壓力比較大，在施工初期階段就發生巷道變形，頂板下沉，兩幫移近，底板鼓出現象，給巷道的支護和維護帶來了極大困難，嚴重影響礦井的正常建設及生產。

1 現場地質與生產條件

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圖1 霍爾辛赫開拓大巷布置圖

試驗地點為霍爾辛赫東輔運大巷，全煤斷面掘進。巷道布置平面如圖1。各大巷之間煤柱均為60m，埋深約450m。東輔運大巷沿3#煤層全煤斷面掘進，煤層厚度4.49～7.17m，平均5.6m，巷道平均掘進斷面為5.2×5.6m。煤層直接頂為厚度約15m砂質泥巖，呈灰黑色，并且裂隙發育；老頂為厚度約3m的泥巖，灰黑色、無巖芯；泥巖之上為砂質泥巖，厚度約為1m，灰黑色、巖芯成小片狀，有自然裂隙；砂質泥巖之上為泥巖，厚度約為2.6m，灰黑色、水平紋理發育，可見植物化石，基本無巖芯；再往上為泥質砂巖，厚度為2.6m，灰色，夾薄層細砂巖。在霍爾辛赫輔運大巷采用水壓致裂測得巷道地應力結果為：垂直主應力為11.10MPa最大水平主應力為12.50MPa，方向為N27°E，最小水平主應力為7.20MPa。

2 支護原則

針對霍爾辛赫煤業東西輔運大巷的生產與地質條件，結合錨網支護特點，采用強力一次支護理論，依據以下原則進行支護：①一次支護原則，即初始支護時保證巷道支護強度，防止巷道變形破壞后進行二次支護及修巷等。②高預應力及預應力擴散原則，即要求支護系統具有較高的預應力及預應力擴散能力，從而保證支護系統的剛度及具有抵御巷道變形的能力。③高強度高剛度低密度原則，即盡可能通過提高支護材料的強度及支護剛度，來降低支護密度，從而提高掘進速度。④可操作性原則，即整個支護方案應具有可實現性。⑤經濟合理性原則，即在滿足安全的前提下，盡可能降低支護成本。

3 支護設計方案

根據理論分析與數值模擬結果，并結合現場工程實踐，確定霍爾辛赫煤業東輔運大巷采用高預應力強力錨桿錨索組合支護系統。東輔運大巷分兩次掘進，首次掘進高度為3.2m，二次掘進高度為2.4m。

頂幫錨桿均采用強力錨桿和強力錨索進行支護。錨桿材質為MSG500#鋼的左旋無縱筋螺紋鋼，直徑為22mm，長度為2400mm，屈服強度不低于500MPa，破斷強度不低于610MPa。頂板錨桿采用一支K2335及一支Z2360的樹脂錨固劑進行樹脂加長錨固，幫錨桿采用一支Z2360的樹脂錨固劑進行端部錨固。錨桿預緊扭矩不得低于400Nm。錨索材質為φ21.6mm的1×19股高強度低松弛預應力鋼絞線，錨索極限破斷載荷不低于550kN，延伸率不低于7%，頂幫錨索長度分別為7300mm和5300mm。錨索均采用一支K2335和兩支Z2360的樹脂錨固劑進行錨固。頂板錨桿間排距均為900mm，每排打設6根錨桿，角錨桿距巷幫為350mm；頂板錨索每兩排兩根，間距為1800mm，排距也為1800mm，設計錨索預緊力為300KN。幫錨桿排距為900mm，首次掘進時錨桿間距為850mm，二次掘進時間距為800mm，全部垂直巷幫打設。每幫每排打設7根錨桿。幫錨索每幫每兩排打設3根，間距為1625mm、1275mm及1550mm，排距為1800mm，設計預緊力為250kN。巷道支護斷面布置圖如圖3所示。

4 井下監測數據分析

為了分析評價支護效果，在霍爾辛赫東輔運大巷能夠中安設了綜合測站，對巷道表面位移、頂板離層及錨桿、錨索受力等進行了監測。

4.1 表面位移監測

從表面位移監測結果分析，巷道兩幫移近量最大為10mm和8mm，頂板最大下沉量為6mm。巷道掘進至30m位置后，巷道兩幫移近量和頂板下沉量基本趨于穩定，總體看，東輔運大巷表面位移量很小。

4.2 頂板離層監測

頂板離層監測發現東輔運大巷在掘進期間錨固區范圍內外離層均為最大為12mm和7mm，均在安全范圍內，說明錨桿支護合理，施加較高的預緊扭矩能夠保持巷道頂板的完整性，防止其發生離層破碎。

4.3 錨桿受力監測

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圖3 錨桿測力計監測曲線

錨桿測力計編號如圖2所示，其中14#測力計受損無法監測，其余錨桿受力監測曲線如圖3。從中可以看出，錨桿初始預緊扭矩為400Nm時，初始預緊力為40kN～100kN之間，此后錨桿受力基本穩定，其中錨桿受力最大為110kN，低于錨桿破斷載荷，說明錨桿支護設計合理，能夠滿足現場施工要求。

4.4 錨索受力監測

錨索測力計編號如圖4所示，錨索受力監測曲線如圖4。從中可以看出，在錨索預緊力施加時，錨索初始預緊力為200～250kN左右，錨索受力始終保持在200kN左右，說明錨索初始預緊力設計基本合理，可以控制巷道圍巖離層、變形破碎的發生，充分發揮主動支護作用。

5 結論

①霍爾辛赫煤礦東輔運大巷，巷幫高，煤巖破碎，服務年限比較長，對支護要求非常高，依據強力一次支護理論，應采用高預應力強力錨桿錨索組合支護系統進行支護，保證巷道支護具有足夠的強度和剛度。

②針對霍爾辛赫東輔運大巷的特點，高預應力強力錨桿錨索組合支護系統通過采用強力錨桿和錨索，并施加較高的預緊力，增加了支護系統的強度和剛度，從而有效控制了全煤斷面永久煤層大巷的離層和破碎的發生，防止巷道變形破壞。

③在霍爾辛赫煤業東輔運大巷進行了礦壓監測，監測結果表明巷道表面位移量較小，巷道頂板離層儀在安全區域，錨桿、錨索受力穩定，說明支護系統成果解決了全煤斷面永久煤層大巷支護難題。

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