動(dòng)壓條件下沿空巷道錨網(wǎng)索支護(hù)技術(shù)探索

胡煥剛

(淮滬煤電公司丁集煤礦,安徽淮南 232142)

動(dòng)壓條件下沿空巷道錨網(wǎng)索支護(hù)技術(shù)探索

胡煥剛

(淮滬煤電公司丁集煤礦,安徽淮南 232142)

根據(jù)沿空巷道受采動(dòng)影響大的特點(diǎn),通過(guò)合理布置錨網(wǎng)支護(hù)參數(shù),控制巷道頂幫變形量,滿(mǎn)足回采需要。

沿空 動(dòng)壓 錨網(wǎng)支護(hù)

1 地質(zhì)概況

丁集煤礦1412(1)軌順沿空掘進(jìn)時(shí)的煤層情況： 11-2煤層厚為1．6～3．2m,平均2．6m,煤層傾角00～60,平均30。

頂?shù)装鍘r性： 11-2煤層直接頂為泥巖及11-3煤層組成,泥巖厚0．5～1．4m,11-3煤線(xiàn)厚0．4～0．56m;11-2煤層老頂為中細(xì)砂巖,平均厚11．3m;直接底為砂質(zhì)泥巖,厚2．0～2．3m;老底為細(xì)砂巖,平均厚2m。

2 支護(hù)方案

由于與該軌順側(cè)1422(1)工作面尚未回采結(jié)束,在1412(1)軌順掘進(jìn)過(guò)程中,其臨近區(qū)段上覆巖層還處于劇烈運(yùn)動(dòng)狀態(tài),礦壓顯現(xiàn)劇烈,巷道頂板及煤幫支護(hù)難度較大,為此,采取通過(guò)合理確定煤柱寬度、采用注漿方法加固煤柱、加強(qiáng)巷道頂幫支護(hù)三個(gè)手段來(lái)確保巷道支護(hù)滿(mǎn)足使用要求。

3 沿空巷道煤柱寬度

根據(jù)工程類(lèi)比法,以臨近的1422(1)工作面實(shí)測(cè)資料分析見(jiàn)表1。

通過(guò)以上數(shù)值,可以得出如下結(jié)論：隨著煤柱寬度的增大,工作面?zhèn)葞蛻?yīng)力峰值及應(yīng)力集中系數(shù)逐漸減小,但煤柱側(cè)幫的應(yīng)力峰值及應(yīng)力集中系數(shù)則出現(xiàn)不同的變化。數(shù)值表明,當(dāng)煤柱寬度為7m時(shí),煤柱上的應(yīng)力峰值及應(yīng)力集中系數(shù)最小、其次是9m煤柱,因此煤柱寬度選擇7m煤柱。

4 噴注漿加固

幫部進(jìn)行錨網(wǎng)支護(hù)后,隨后即可對(duì)小煤柱側(cè)幫進(jìn)行噴注漿加固,噴漿滯后迎頭不超過(guò)50m,注漿滯后迎頭不超過(guò)100m。

噴注漿加固工藝：先噴漿。噴漿料按水泥：黃砂：瓜子片=1：2：2的重量配合比,水灰比0．45,速凝劑用量為水泥重量的5%,砼噴厚50～80mm;然后淺孔注漿。淺孔間排距為1500×1500mm,孔深1～1．2m,孔徑42mm,淺孔注漿管規(guī)格：4分注漿管,長(zhǎng)500mm,注漿壓力1～2MPa,穩(wěn)壓時(shí)間3～5分鐘;最后深孔注漿。深孔間排距為1500×1500mm,孔深3．0m,孔徑42mm,深孔注漿管規(guī)格：4分注漿管,長(zhǎng)2500mm(前端1500mm為花管),注漿壓力2～3MPa,穩(wěn)壓時(shí)間3～5分鐘。注漿液為單液漿,水灰比為1：1。

5 錨索網(wǎng)支護(hù)設(shè)計(jì)

5.1 支護(hù)載荷計(jì)算

以二12鉆孔資料為設(shè)計(jì)計(jì)算依據(jù),11-2煤層頂板物理力學(xué)性質(zhì)參數(shù)見(jiàn)表2所示。

1412(1)軌順沿空巷道設(shè)計(jì)寬度為5．5m,考慮到沿空巷道掘進(jìn)后煤幫松動(dòng),因此巖梁的計(jì)算尺寸L=6m(巷道兩幫松動(dòng)范圍按0．25m考慮)。因第1層直接面臨巷道空間,可認(rèn)為其形變?nèi)酷尫?故第1層沒(méi)有剩余形變壓力,第1層所能承受的最大均布載荷：

第2層允許發(fā)生的最大撓度：

第2層所釋放的形變壓力：

表1 不同煤柱寬度和不同開(kāi)采條件下應(yīng)力集中峰值一覽表

表2 二12鉆孔11-2煤頂板巖層物理力學(xué)性質(zhì)參數(shù)

圖1 軌順3測(cè)站頂板離層變形曲線(xiàn)

同理計(jì)算第2層,第2層所能承受的最大均布載荷：

第3層允許發(fā)生的最大撓度：

第3層所釋放的形變壓力：

同理計(jì)算第3層,第3層所能承受的最大均布載荷：

第4層允許發(fā)生的最大撓度：

第4層所釋放的形變壓力：

按照上述計(jì)算,巷道支護(hù)的載荷為第1層和第2層巖層重量,巖層高度h=4．13+0．4=4．53m,巖層壓力q=rh=4．53×25=113．25Kpa,每米巷道錨索網(wǎng)支護(hù)的載荷p=q×L=113．25×6=679．5KN。

5.2 支護(hù)參數(shù)設(shè)計(jì)

由5．1節(jié)可知,軌順支護(hù)的載荷巖層高度h=4．53m,由于錨索錨固段必須位于頂板深部4．53m范圍以外,且錨固段范圍要達(dá)到1．5m左右,因此在此次方案設(shè)計(jì)中錨索長(zhǎng)度設(shè)計(jì)為6．3m。

根據(jù)上述分析并借鑒鄰近礦11槽沿空巷道錨索網(wǎng)支護(hù)實(shí)踐,錨桿排距設(shè)計(jì)為800mm,則每排錨桿與錨索的支護(hù)力應(yīng)不小于543．6KN,按照錨桿支護(hù)的組合巖梁理論計(jì)算,頂板巖層的壓力主要由錨桿和錨索共同承擔(dān),如果錨桿間排距設(shè)計(jì)為900mm×800mm,則頂板支護(hù)的安全系數(shù)：

圖2 軌順2測(cè)站錨桿錨索載荷變化曲線(xiàn)

式中：QS－錨索額定承載力,選用直徑21．8mm錨索,則QS=350KN;

Q－頂板載荷,Q=543．6KN;

a－錨桿有效長(zhǎng)度,a=2．7m;

τ－錨桿桿體材料的抗剪強(qiáng)度,τ=280Mpa;

d－錨桿直徑,d=22mm;

b－巷道計(jì)算寬度,b=6m;

s－頂板錨桿間距,s=900mm;

r-頂板錨桿排距,r=800mm;

n-每排錨索數(shù)目,n1=4,n2=5。將計(jì)算參數(shù)代入上式

5.3 支護(hù)技術(shù)方案

根據(jù)巷道類(lèi)別、頂板巖性結(jié)構(gòu)及巷道是否受動(dòng)壓影響,采用分區(qū)段方法設(shè)計(jì)。

5.3.1 頂板支護(hù)

(1)錨桿和M5鋼帶：頂板鋼帶采取長(zhǎng)4．4m搭接1m的M5鋼帶布置。M5鋼帶上共安裝7根Φ22×2800mm錨桿(錨桿材料鋼號(hào)為MG400)。

(2)Ω錨索梁和錨索組成(錨索采用分區(qū)段設(shè)計(jì))：回采時(shí)間小于6個(gè)月段： 在每排4．2m長(zhǎng)的Ω錨索梁上布置5根錨索,即采用“5-5”錨索,Ω錨索梁每米重量在13～13．5kg/m,母材的抗拉強(qiáng)度大于490Mpa。錨索規(guī)格為Φ22×6300mm。

回采時(shí)間大于6個(gè)月段：錨索采用“4-4”布置,即頂板錨索在以上“5-5”布置的基礎(chǔ)上,每排Ω錨索梁端頭第二個(gè)孔不打錨索,左右交替進(jìn)行,Ω錨索梁、錨索規(guī)格同上。

(3)金屬網(wǎng)：采用8#金屬網(wǎng),沿縱向搭接,搭接長(zhǎng)度100mm,用鋼帶壓茬。

5.3.2 煤柱側(cè)幫部支護(hù)

(1)錨桿和M5鋼帶：豎直布置,M5鋼帶長(zhǎng)度為3．4m,每根鋼帶上布置5根錨桿,規(guī)格為Φ22×2500mm(錨桿材料鋼號(hào)為MG400)。

(2)M5鋼帶和錨索組成水平組合錨索：煤柱側(cè)2道幫水平組合錨索距頂、底板距離均為1．2m,水平錨索規(guī)格為：Φ22×4300mm;M5鋼帶長(zhǎng)3．4m,間距1．6m,采用“1-0-1”布置。

(3)金屬網(wǎng)：采用8#金屬網(wǎng),要求同頂板。

(4)噴注漿加固。

5.3.3 工作面?zhèn)葞筒恐ёo(hù)

與小煤柱側(cè)相比,無(wú)2道水平組合錨索,其余相同。

5.3.4 主要技術(shù)參數(shù)

錨索安裝預(yù)緊力：≮90KN;頂板錨桿安裝預(yù)緊力矩：≮180Nm;巷幫錨桿安裝預(yù)緊力矩：≮180Nm;錨索錨固長(zhǎng)度：1800mm;頂板錨桿錨固長(zhǎng)度：≮1200mm;幫錨桿錨固長(zhǎng)度：≮600mm;錨桿錨固力：≮120KN(頂板),≮100KN(巷幫);錨索錨固力：≮350KN;頂板錨桿錨固劑：每孔2支Z2360;巷幫錨桿錨固劑：每孔1支Z2360;錨索錨固劑：每孔3支Z2360。

6 礦壓觀測(cè)

6.1 觀測(cè)內(nèi)容

礦壓觀測(cè)主要內(nèi)容有圍巖變形、頂板離層、錨桿錨索載荷等。

6.2 礦壓觀測(cè)結(jié)果

6.2.1 頂?shù)装搴蛢蓭鸵平?/p>

(1)掘進(jìn)劇烈影響時(shí)間一般為20～25天,頂?shù)装逡平科骄鶠?80mm,兩幫移近量平均為550mm,在180天的觀測(cè)時(shí)間內(nèi),巷道頂?shù)装謇塾?jì)移近量平均1250mm,兩幫移近量平均1257mm。

(2)巷幫圍巖變形觀測(cè)結(jié)果表明,在掘進(jìn)初期煤柱側(cè)幫變形量大于工作面?zhèn)葞妥冃瘟?而當(dāng)巷道掘進(jìn)影響階段過(guò)后,當(dāng)巷道處于流變狀態(tài)時(shí)巷道兩幫變形量基本接近。

6.2.2 頂板離層

巷道頂板離層采用兩點(diǎn)式離層儀觀測(cè),并且與巷道頂?shù)装搴蛢蓭鸵平繙y(cè)點(diǎn)同步設(shè)置。在整個(gè)觀測(cè)過(guò)程中,1412(1)軌順共設(shè)26個(gè)頂板離層測(cè)點(diǎn)。

頂板離層觀測(cè)結(jié)果表明：

(1)1412(1)軌順頂板最大離層值發(fā)生在3測(cè)站(圖1),其淺部離層量為17mm,深部為7mm。造成上述現(xiàn)象的主要原因是由于該區(qū)段直接頂有3m左右的泥巖,這層泥巖極易離層,然而由于錨索的高強(qiáng)度支護(hù)作用,所以頂板離層沒(méi)有向深部發(fā)展,同時(shí)也說(shuō)明該巷道錨索網(wǎng)支護(hù)系統(tǒng)能有效地控制頂板離層向深部發(fā)展;

(2) 除直接頂為泥巖區(qū)段頂板有微弱離層現(xiàn)象發(fā)生外,巷道其它區(qū)段頂板淺部及深部均沒(méi)有離層現(xiàn)象發(fā)生,說(shuō)明頂板錨索錨桿有效地控制了頂板離層。

6.3 錨桿錨索載荷

圖2為1412(1)軌順(2測(cè)站)泥巖頂板區(qū)段錨桿錨索載荷曲線(xiàn),由曲線(xiàn)圖可以看出：

巷道掘進(jìn)初期軌順泥巖頂板區(qū)段頂板及煤柱側(cè)幫錨桿載荷增長(zhǎng)迅速,20～30天后頂板及煤柱側(cè)幫錨桿載荷基本上就達(dá)到穩(wěn)定;而頂板錨索及工作面實(shí)體幫錨桿載荷增長(zhǎng)相對(duì)緩慢,60天后頂板錨索載荷才達(dá)到穩(wěn)定,70天后工作面實(shí)體幫錨桿載荷才達(dá)到相對(duì)穩(wěn)定。頂板錨桿和錨索穩(wěn)定后的工作載荷分別為140KN和290KN,煤柱側(cè)幫和工作面?zhèn)葞湾^桿穩(wěn)定后的工作載荷分別為90KN和120KN,頂板錨桿和錨索載荷明顯大于巷幫錨桿載荷。上述現(xiàn)象主要是由于頂板兩側(cè)增打了走向錨索,使得頂板壓力向深部轉(zhuǎn)移,從而減輕了巷道兩幫受壓,因而巷幫錨桿載荷相對(duì)較小。

7 結(jié)語(yǔ)

(1)在動(dòng)壓影響期間內(nèi),外段肩窩漿皮局部脫落,兩幫均沒(méi)有出現(xiàn)灘塌失穩(wěn)現(xiàn)象,巷道大部分區(qū)段頂板沒(méi)有離層現(xiàn)象發(fā)生,巷道施工結(jié)束后,巷寬普遍在4．0～4．6m范圍內(nèi),能滿(mǎn)足支架打運(yùn)及皮帶安裝要求。

(2)煤柱上的應(yīng)力峰值及應(yīng)力集中系數(shù)最小,留設(shè)6m煤柱是合理的。

(3)錨索網(wǎng)支護(hù)結(jié)構(gòu)合理。巷道頂板錨索將頂板壓力轉(zhuǎn)移、減輕巷幫圍巖壓力、防止頂板從巷幫兩側(cè)切斷。

(4)煤柱側(cè)幫增打錨索及噴注漿加固,可以將松散破碎的煤柱膠結(jié)成整體,改善煤柱的力學(xué)性能、提高煤柱的穩(wěn)定性和整體支護(hù)強(qiáng)度。

(5)1412(1)軌順受掘進(jìn)劇烈影響時(shí)間一般為20～25天,掘進(jìn)劇烈影響階段過(guò)后,在動(dòng)壓影響條件下巷道受掘進(jìn)劇烈影響時(shí)間長(zhǎng)。

[1]張農(nóng),高明仕,許興亮.煤巷預(yù)拉力支護(hù)體系及其工程應(yīng)用[J].礦山壓力與頂板管理,2002.04.P1-4(7).

[2]李偉,程久龍.深井煤巷高強(qiáng)高預(yù)緊力錨桿支護(hù)技術(shù)的研究與應(yīng)用[J].煤炭工程,2010.01.P30-33.

[3]張繼兵.煤礦孤島面順槽掘進(jìn)窄煤支護(hù)技術(shù)分析[J].重慶科技學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2011.04.P122-124.