上莊煤礦3102機運巷支護技術研究與位移監測分析①

摘 要：本文針對上莊煤礦3102機運巷具體的地質條件，結合圍巖性質和圍巖強度進行力學分析，對原有支護方式及支護參數進行優化設計，并對支護后的巷道頂底板和兩幫位移量進行現場監測，對3102機運巷圍巖支護控制技術進行了研究和分析，保證了礦井的安全高效生產。

關鍵詞：機運巷 支護參數 優化設計 監測

中圖分類號：TD82 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）07（a）-0058-02

1 工作面地質概況

上莊煤礦3102運巷掘進工作面東高西低、南高北低，運巷口與切眼高差140 m，坡度為9.6°，該工作面東側為3102工作面（設計），西側為3103工作面（已采），南側為31采區上部回風巷，南側為井田邊界。

本工作面所采煤層為3#煤，地質狀況為二疊系下統山西組下部的3#煤層，平均厚度為2.03 m，容重1.45 t/m3，均為貧煤，含夾矸0～2層，厚0.01～0.30 m。偽頂為碳質泥巖，厚度為0.3 m，黑色不穩定；直接頂板為泥巖，厚度1.8 m，灰白色，薄層狀，水平紋理；老頂為砂巖，厚度8.7 m，細到中粒，灰白色厚層狀，石英為主，分選性差；底板為砂質泥巖，厚度4.7 m，深灰色，中厚層狀，均勻層理，含大量植物根部化石。

2 巷道支護形式的確定

上莊煤礦3102機運巷設計斷面為3.6 m×2.4 m（梁×腿）梯形工鋼棚，棚距1 m，掘進毛斷面積為10.08 m2，凈斷面積為8.46 m2。原支護形式采用梯形工鋼剎桿、拉桿梯形棚鋪頂網支護。但由現場實踐和工程分析，原支護方式無法滿足正常的安全生產，現根據巷道的圍巖性質、圍巖強度對本工作面的支護方案進行了設計和支護強度的計算綜合確定巷道采用錨網索聯合支護的支護方式[1]。

2.1 臨時支護

掘進施工采用EBZ-75掘進機割煤，最大控頂距不大于1.2 m。

頂板臨時支護：使用帶螺母活動吊環擰在已打設好的頂錨桿上，用來固定超前支護桿，用二根2寸鋼管穿在吊環內隨掘前移，2寸鋼管懸臂伸出長度始終保證將待架棚支撐起來，臨時支護桿后端掛設小鏈向前固定在吊環或頂網上。

正面煤墻臨時支護：打設玻璃鋼錨桿掛網進行臨時維護。

2.2 永久支護

2.2.1 頂板支護方式

（1）頂板錨桿。

錨桿形式和規格：使用左旋螺紋鋼強力錨桿，專用錨桿鋼材，牌號SMG500，規格為Ф22 mm×2200 mm。

錨桿配件：錨桿托盤采用120 mm×120 mm×12 mm高強拱形托盤和高強螺母。

錨固方式：加長樹脂錨固，鉆孔直徑為30 mm，錨固劑規格為K2335和Z2360各一卷，K2335錨固劑在上，Z2360錨固劑在下。

網片規格：金屬網采用8#鉛絲編制的經緯網，網格為40 mm×40 mm，頂板金屬網規格為4000 mm×1100 mm，相鄰網搭接100 mm，金屬網搭接處均采16#用鉛絲鈕扣聯結，雙絲雙扣，孔孔相連。

鋼筋梯子梁規格：采用鋼筋梯子梁將頂板連成一個整體，梯子梁采用Ф14 mm的鋼筋自行制作，長度為3700 mm。

錨桿扭矩：安裝錨桿時，先使用錨桿鉆機安裝錨桿攪拌樹脂錨固劑，并使用風動扭矩扳手使錨桿預緊力矩達到規定要求，錨桿安裝預緊力矩不小于400 N·m（錨桿預緊力約為60 kN）。

錨桿布置：頂板為5根錨桿，間距925 mm，兩側錨桿距離兩幫150 mm；錨桿排距為1000 mm。

錨桿角度：全部垂直頂板布置。

（2）頂板錨索。

錨索形式和規格：采用1×7股高強度低松弛鋼絞線制，直徑18.9 mm；錨索長度定為6300 mm，每2 m在巷中布置一根錨索，錨索垂直頂板布置；當頂板壓力較大或者頂板破碎時，打設兩根錨索并用10#槽鋼將其連接成一個整體。

錨索錨固方式：錨索錨固方式：采用一支K2335和兩支Z2360樹脂藥卷錨固，錨固長度1800 mm。

錨索托盤：采用300 mm×300 mm×16 mm高強度鐵托板及配套鎖具。承載能力不低于400 kN。

錨索預緊力：錨索預緊力應≥150 kN（預應力損失后）承載能力不低于400 kN。

2.2.2 兩幫支護方式

錨桿形式和規格：使用左旋螺紋鋼高強錨桿，專用錨桿鋼材，牌號為MG500，規格為Ф22 mm×2200 mm[2]。

錨桿配件：錨桿托盤采用120 mm×120 mm×10 mm高強拱形托盤和高強螺母。

錨固方式：加長樹脂錨固，鉆孔直徑為30 mm，錨固劑規格為K2335和Z2360各一卷，先裝入K2335錨固劑，再裝入Z2360錨固劑；

網片規格：金屬網采用16#鉛絲編制的經緯網，網格為40 mm×40 mm，金屬網規格為2400 mm×1100 mm，相鄰網搭接約100 mm，金屬網搭接處均采16#用鉛絲鈕扣聯結，雙絲雙扣，孔孔相連。

鋼筋梯子梁規格：采用鋼筋梯子梁將幫部連成一個整體，梯子梁采用Ф14 mm的鋼筋自行制作，長度為2000 mm。

錨桿扭矩：安裝錨桿時，先使用錨桿鉆機安裝錨桿攪拌樹脂錨固劑，并使用風動扭矩扳手使錨桿預緊力矩達到規定要求，錨桿安裝預緊力矩不小于300 N·m（錨桿預緊力約為40 kN）頂底部錨桿，距離頂底板200 mm。

錨桿布置：每幫為3根錨桿，間距1000 mm，排距1000 mm。錨桿角度：錨桿垂直巷道幫部和水平布置。

3 礦壓觀測及結果分析

3.1 測站設置及礦壓觀測

通過測試錨桿受力和巷道圍巖位移分布，就可比較全面地了解錨桿支護的工作狀態，進而驗證或修改錨桿支護初始設計，并保證巷道的安全狀態。

根據現場圍巖變形情況每30～40 m在巷道支護后及時布設一處測站，測站包括兩個巷道表面位移監測斷面，一個頂板離層監測斷面，一個錨桿受力監測斷面，一個錨索受力測站。測試斷面布置的當天進行第一次測量，以后每天觀測一次，20天后每3天觀測一次；各測點的位置以外露鋼筋的頂端平面為基準，測量要認真，讀數要準確，并做好記錄[3]。

3.2 觀測結果分析

根據對試驗段測站的連續觀測記錄數據，并進行處理，巷道的兩幫表面移近量及頂底板移近量如圖1。

從圖中巷道表面位移量監測數據可以看出，巷道兩幫移近量最大達到212 mm，巷道頂底板移近量最大達到238 mm，且頂底板變形量略大于兩幫變形量。在巷道掘進初期，巷道變形速度較大，但隨著掘進后時間的增加及巷道繼續向前掘進，巷道圍巖逐漸穩定，巷道兩幫移近速度和頂底板移近速度都大幅度減緩，32天左右后就逐漸減緩。

總體來看，上莊煤礦3102機運巷在掘進后的32天左右位移量逐漸趨于穩定，并且巷道的頂底板及兩幫的變形量都控制有限的范圍之內，說明巷道采用的錨網索聯合支護技術取得了良好的技術經濟效益，保證了礦井的正常安全生產。

參考文獻

[1]陳光炎，陸士良.中國煤礦巷道圍巖控制[M].徐州：中國礦業大學出版社，1999：138-140.

[2]馬樂輝.常村煤礦東翼膠帶運輸巷突水段巷道的治理[J].中州煤炭，2010（12）：93-95.

[3]毛萬發.錨噴網支護技術在大型硐室的應用[J].中國礦業，2007（12）：79-80.