煤礦風化帶下支護的研究

馮玉強

（平煤股份八礦掘進四隊 河南 平頂山 467012）

近年來，隨著煤炭行業的縱深發展，和煤炭企業集約化、集團化道路的深入，煤炭企業規模不斷膨化，煤炭產量的加大，必將導致了礦井開采深度的延伸。然而，如何隨著礦井向深部的延伸，逐漸開采周邊遺留煤炭資源，及時封閉己采采區、減少通風阻力、漏風和巷道維修量，減少能源資源流失是我們所面臨的新的問題。

我礦己四采區上部，靠近己15煤層露頭區風化帶，遺留有約50萬噸的己組煤可采儲量，由于風化帶附近煤層的賦存狀況極不穩定，煤層頂板巖性多變，近期未有風化帶附近施工的先例，因此，對在工作面初始設計的基礎上，隨著兩巷掘進施工揭露情況，及時優化采面兩巷布置，及時選用合適的支護形式加強頂板管理，實現安全生產，進行立項研究是非常必要的，既能服務于當前的生產，又對類似地質條件下的掘進施工具有非常大的指導意義。

該項目研究的目的，一方面是如何根據揭露情況優化風化帶附近采面兩巷的布置，另一方面是如何合理選擇支護形式，既保證頂板安全，減少材料投放，又能減輕工人的體力勞動，加快施工進度，實現安全生產。

1 研究的內容和技術方案

（1）研究內容①支護形式及參數的研究和確定；不同地質地段巷道頂板位移量與巷道跨度之間的關系；②內化帶附近煤層賦存變化的規律。

（3）技術關鍵：①綜合運用錨桿、錨索支護的腈懸吊理論、組合梁理論、圍巖板動圈理論，經理論計算、實測和工程類比，根據位移觀測的頂板位移與形變，合理選擇支護形式，在風化帶附近最大限度推廣錨網支護，又要保證頂板的安全。②根據風化帶附近煤層賦存的規律，及時優化兩巷布置，以有利于回采和煤質管理。

2 實施方案

（1）運用錨網索支護的懸吊理論、組合梁理論、圍巖松動圈理論及頂板巖性，對支護規格進行驗算，初步確定支護材料規格。

（2）采用“+”字測點法和雙高頂板離層儀對邦頂位移量進行觀測，每日由專人做好記錄，通過邦、頂位移觀測資料的整理和分析，掌握巷道寬度與頂板巖性對頂板位移量度的影響。頂板位移的速度按以下數值來控制；

a:巷道施工后10內,頂板下沉小于50mm,下沉速度小于5mm/d；

b:巷道施工后50天內,頂板下沉量小于150mm,下沉速度小于3mm/d；

超過以上范圍之一，立即改變支護形式，改架29“U”4194型拱縮棚支護，棚距 600mm。

根據風巷揭露風化帶的情況，及時對原設計進行優化，煤層風化嚴重時，風巷甩刀把避開風化帶施工。

我國航空材料標準化歷經50多年的發展，特別是通過“十五”和“十一五”的努力，始終堅持積極采用、理性參考國際先進標準，充分結合我國國內生產實際，以及科研、生產、使用相結合的原則，使標準在保持一定先進性的同時，具有較強的可操作性和實用價值，目前我國已經建立了基本完整的航空材料標準體系。[11]這些構成標準體系的數據、標準、材料等在我國軍用航空材料的設計、研發、制造、生產及采購方面發揮了極其重要的作用。

3 支護參數的選定

根據以上確定的支護參數,選定己15-14000機、風巷錨網索支護規格為：

（1）頂錨桿使用Φ20mm,L=2000mm的高強全螺紋樹脂錨桿；

（2）幫錨桿使用Φ20mm,L=2000mm的強錨桿；

（3）錨索使用Φ15.24mm,L=6000mm高強度低松弛預應力鋼絞線；

（4）頂網使用4.6m×0.9m規格的4#冷拔絲編織經緯網，網格40×40mm；頂網兩頭各下垂300mm,以便幫頂網搭接；

（5）上下幫網分別使用 3.0m×0.9m和2.4m×0.9m規格的4#冷拔絲編織經緯網，網格40×40mm；

（6）頂板每排布置一根鋼筋梯梁，鋼筋直徑16mm，梁長4.0mm；

（7）頂板每排布置7根高強錨桿，上、下幫分別布置5根和4根等強錨桿；

（8）頂、幫錨桿、排距均為 750±50mm；

（9）錨索按“三花眼”方式布置，錨索間×排距為2000×2250mm，誤差±100mm。

4 施工設置

頂板錨桿孔和錨索孔采用QBT系歹風動錨桿鉆機配S19中空六方接長式鉆桿、Φ27mm雙翼合金鉆頭打眼和安裝，兩邦錨桿孔采用MDZ-1。20煤電鉆配Φ32mm小孔徑麻花鉆桿打眼，用壓風吹清眼內浮煤屑。頂錨桿用風動錨桿機攪拌、緊固錨桿螺帽，邦錨桿用煤電鉆攪拌藥卷，用加力桿人工緊固錨桿螺帽。錨索頂應力張位使用手動油泵及千斤頂。

5 施工工藝及特點

（1）掘進機割煤時，必須自上向下、均勻緩慢割煤，先割上部再割下部，防止上部煤體懸空，帶動兩邦煤體跨落，引起片幫。

（2）錨索布置為三花眼方式，利用錨索將錨桿固范圍內的偽頂和直接頂板巖層懸吊于完整堅固的復合頂巖體上，錨索及時預緊后，阻止頂板巖層的離層。

（3）頂、幫網使用強度較大的4#冷拔絲紡織經緯網，增強護幫能力，避免邦網強度低造成邦網成兜狀。

（4）嚴格按錨桿、錨索施工工藝要求作業，尤其是在樹脂藥卷數量上不能弄虛作假，必須安排驗收員現場監督每根錨桿裝樹脂藥卷數量不低于2卷，錨索不低于5卷，使錨桿、錨索具體有足夠的錨固力。

（5）錨桿的施工質量要做為現場管理上的重點認真檢查驗收，所有錨桿托盤必須全部緊貼巖面，螺帽擰緊，否則，如果存在個別錨桿固力小，頂板會首先從錨板固力大的錨板處產生局部應力集中，破壞單根錨桿，而后應力會向周圍傳遞，直至整個支護系統破壞。

（6）改進臨時支護手段，引進新型的水壓單體支柱，這種單體支柱具有輕便、易搬運、使用方便靈活的特點，初撐力較高，掘進機割出空窯后，及時將單體支柱配合大板對頂板進行臨時支護，防止頂板離層，不僅有利于工作面安全生產，而且最大程度地保持頂板的完整性，為頂板安全打下了基礎。

6 安全技術措施

（1）全員貫徹學習《作業規程》和《操作規程》，并執行簽字和考試。

（2）開工前首先檢查工作地點10m范圍內的支護，發現錨桿螺絲松動、錨盤不貼巖面、錨索沒有張緊，必須先處理后開工，確保開工安全。

（3）必須堅持正規循環作業，割煤前，先將中心延至工作面，畫出切割輪廓線再切割，防止割偏，嚴格按綜掘施工工藝、切割示意圖作業，綜掘循環進尺1.4米，如遇斷層、地質構造帶等需要爆破施工時，嚴格按爆破圖表標定炮眼位置，掌握好炮眼深度、角度及裝藥量，炮掘循環進尺0.6m。

（4）嚴禁空頂作業，最大空頂距1.6m，使用好臨時支護，及時使用前探支護，配合大板接實頂板。

（5）原則上留偽頂施工，但臨近風化帶時，必須根據頂板巖性，決定是否破、留偽頂施工。嚴格執行敲幫問頂制度，每次施工前用長釬子找掉活矸危巖，問頂人員要站在支護良好的安全地點。

（6）工作面的各項工作都必須設有經驗的工人觀山，發現頂板異常，立即喊叫撤人。

（7）工作面遇到構造或頂板破碎，壓力大時，要及時縮小排距、加密錨索，必要時套架或改架4194型拱縮棚子。

（8）加強頂板離層監測，安設頂板離層儀并采用十字交叉法觀察頂板下沉量、下沉速度、底鼓量及兩邦位移量，發現頂板有離層傾向或巷道頂板下沉量、下沉速度存在問題時，立即采用補板錨索或套4194拱縮棚，加強支護。

7 結論

通過對該項目的研究應用，多次根據地質條件，對該備采工作面風巷和切眼的布置進行了優化，盡最大可能甩掉風化帶地段，成功完成了該工作面的掘進施工，完成了擴切眼工程，實現了安全生產，并為將來回采時的頂板管理打下了良好的基礎。同時，掌握了淺埋淡深、風化帶附近掘進施工頂板位移量與頂板巖性和巷道跨度之間的關系，為特殊地質條件下的風化帶附近掘進施工管理總結出了有益的經驗。