大斷面錨網巷道36U復合支護技術在耿村煤礦的應用

秦孟杰

（河南理工大學能源科學與工程學院,河南 焦作 454000）

大斷面錨網巷道36U復合支護技術在耿村煤礦的應用

秦孟杰

（河南理工大學能源科學與工程學院,河南 焦作 454000）

針對耿村煤礦12220工作面上巷圍巖條件和巷道變形破壞特征，運用煤巷支護技術方面的經驗及工程類比法提出了巷道支護設計并應用于現場。同時對已施工巷道進行礦壓觀測，結果表明該支護有效的阻止了巷道圍巖的變形，取得了理想的支護效果。

大斷面；巷道；復合支護；礦壓觀測

近年來隨著采煤機械化程度的不斷提高，采煤工作面的開采強度和產量也隨之大幅度增加，為滿足工作面正常生產所需的行人、運輸、通風、設備安裝及檢修以及防災抗災能力等要求，開掘大斷面巷道已變得極為迫切。相應的大斷面巷道支護難度的加大以及對現有的支護技術都形成了很大的挑戰[1]。錢鳴高、侯朝炯[2-4]等人認為，煤礦巷道掘進以后，巷道圍巖會形成應力集中，其程度會隨著巷道跨度的變大而急劇增加，巷道的穩定性難以控制極易發生垮冒事故，影響煤礦的安全生產。

本文針對耿村煤礦12220工作面上巷圍巖條件和巷道變形破壞特征，運用煤巷支護技術方面的經驗及工程類比法，提出巷道支護設計，通過對已施工巷道進行礦壓觀測來驗證支護方案的合理性。

1 工作面基本概況

12220工作面上巷位于西二采區西翼，2-3煤軌道下山西側，該工作面北臨已回采的（2-3）12200工作面下巷（二者相隔一個8m寬的煤柱），西至耿楊礦區邊界斷層，南部為未開采的2-3煤實體。平均采深約500m，煤層傾角8°～12°。

該工作面設計長度為938m，斷面為拱形，巷道凈寬6800mm，凈高4660mm，掘寬8100mm，掘高5110mm，有效斷面24.8㎡，該工作面所采煤層為2-3煤，黑色，煤巖成分以亮煤為主，瀝青光澤，條帶狀構造，裂隙被方解石脈充填。上部煤質較好，下部次之灰分較高，煤層結構復雜，含夾矸3～5層，均為泥巖，不穩定，累厚0.5～2米，其標志不明顯，煤層厚度平均為14.5米。頂板上部為泥巖，砂質泥巖，細粒砂巖。下部為灰色、深灰色細砂巖。底部夾有薄層黑灰色粉砂巖，近煤處變為灰黑色、黑色泥巖，中夾煤線含植物化石碎片。底板上部為煤矸互疊層，灰褐色易碎鏡面發育，下面為細砂巖粉砂巖互層，灰色灰黑色局部含煤屑。

2 支護方案的確定

目前錨網支護理論漸趨成熟，但體系過多，沒有統一的結論。根據該礦多年來在煤巷支護方面的經驗，結合其他類似礦井的先進做法，最終確定巷道支護形式為錨網索+36U型鋼支護。

2.1 錨桿參數

錨桿采用?22×2200mm無縱筋錨桿，間排距為0.7×0.7m，每排用錨桿21根，錨桿每排打成一條直線，錨桿角度不小于75°，間排距誤差不超過±100mm，每個孔裝一節ZSCK2340和一節ZSCK2350型樹脂藥卷，錨桿的托盤緊貼煤壁，采用規格為150×150×8mm的拱形高強度托盤，錨桿外露長度不準超過50mm。

2.2 錨索參數

錨索采用?17.8mm×8000mm的鋼絞繩，按照“四五”形式布置，即打五根錨索時，間距1.2m，打四根錨索時，間距1.5m，排距均為1.8m，錨索要均勻布置在兩排錨桿中間，采用規格為300×300×16mm的碟形錨索大托盤，錨索外露長度要按照（鎖頭以下）不超過0.15m，錨索的鉆孔方向要達到鉆孔軸線與設計軸線的偏差角≤3°，錨索安裝深度不小于設計值的95%（設計安裝深度為7700mm），錨索預應力最小值不得小于設計的90%（設計承載力為200KN，預應力值一般為承載力的50%-60%），錨索間排距誤差保證在±100mm范圍內,錨索托梁由一根0.5m長的36U型鋼沿煤層傾斜方向安裝，每個孔安裝4節樹脂藥卷，ZSCK2340兩節在里，ZSCK2350兩節在外，藥卷攪拌時間為15秒；錨索布置形式為兩側錨索與豎直方向成30°夾角。

2.3 36U型棚參數

36U型鋼棚棚距為0.6m，由三部分組成，腿長（弧長）為4788mm，梁長（弧長） 為4636mm；梁、腿搭接為500mm，誤差范圍±100mm；梁腿搭接處各上3套卡具，且中間一套卡具要用475mm長的金屬連板連接；棚子迎山有力。

2.4 金屬網參數

金屬網為菱形鐵絲網（規格為1.7×4.5m）， 網交叉200mm，每300mm連接一扣，采用網絲（12號鐵絲）連三圈。

3 礦壓觀測結果及分析

為了觀測掘進期間巷道圍巖活動規律及支護巷道圍巖變形情況，檢驗支護參數的合理性，并及時發現存在的問題或不足，以便對支護設計參數進行優化，對設計方案進行調整。為此在巷道內設置兩個觀測站，兩個觀測站距離100m，每個測站布置兩個巷道表面位移監測斷面，一個頂板離層監測斷面。

3.1 巷道表面位移

巷道施工期間,在測點對頂底板和兩幫累計移近量進行了觀測。圖1是巷道成型后表面位移量（頂底板移近量、兩幫移近量、頂板下沉量）隨時間變化曲線，表明：巷道形成后，巷道表面位移量迅速增加，一定時間之后，巷道表面位移量增加速度逐漸變緩最后趨向穩定，其中，巷道頂底板最大移近量在140mm左右，且頂板下沉量占主要，最大下沉量為80mm，兩幫移近量最大值為129mm。由此可知,支護方式、參數選擇合理,支護效果良好,采用該支護方案能很好控制圍巖變形,為巷道掘進提供了安全保障。3.2 巷道頂板離層

圖1 巷道表面位移實測曲線

圖2 頂板離層實測曲線

利用頂板離層儀對成型巷道進行頂板離層位移動態監測。圖2是頂板離層位移量隨時間變化曲線圖，從圖中可見，巷道成型后，隨著時間的推移，頂板離層值逐漸增加，一段時間后即趨于穩定，最大位移量僅為7.5 mm，總的頂板離層值變化不大；由于頂板離層值較小，可以理解為頂板離層主要表現在淺部圍巖的風化膨脹。由此可見，設計參數和支護質量滿足要求，該支護設計很好的保證了巷道頂板的安全，可靠性較高。

4 結論

（1）通過對頂底板移近量、兩幫移近量和頂板下沉量的現場監測，12220工作面上巷的圍巖變形量不大，基本趨于穩定，該工作面支護方式及支護參數合理可靠。

（2）針對煤巷支護設計效果檢驗，可以從巷道表面位移量（頂底板移近量、兩幫移近量、頂板下沉量）和頂板離層位移量兩方面進行考量。

（3）巷道表面位移量監測數據表明，12220工作面上巷巷道成型后，巷道頂底板移近量、兩幫移近量和頂板下沉量迅速增加，一定時間之后，巷道表面位移量增加速度逐漸變緩最后趨向穩定。

（4）巷道頂板離層監測數據表明，12220工作面上巷在巷道掘進成以后，頂板離層值隨時間推移緩慢增加，但很快便趨于穩定。

[1]董海清.大斷面巷道錨桿支護設計與圍巖穩定性研究[J].高端裝備制造,2013（16）:125-126.

[2]錢鳴高,石平五.礦山壓力與巖層控制[M].北京:中國礦業大學出版社,2003.

[3]侯朝炯,郭勵生,勾攀峰.煤巷錨桿支護[M].徐州:中國礦業大學出版社,1999.

[4]武華太.高預應力強力錨桿支護技術在大斷面巷道中的應用[J].煤礦開采,2004(04):68-70.