特厚煤層綜放回采巷道支護(hù)研究

王志廣

（山西煤炭運(yùn)銷集團(tuán)大同有限公司，山西 大同037003）

錨桿支護(hù)技術(shù)已在國(guó)內(nèi)外得到普遍應(yīng)用，是煤礦實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)高效生產(chǎn)必不可少的關(guān)鍵技術(shù)之一。科學(xué)的錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)方案主要確定取決于礦區(qū)的地質(zhì)條件、圍巖狀況、頂板巖性狀況、地應(yīng)力狀況等多個(gè)因素。 通過采應(yīng)用動(dòng)態(tài)信息設(shè)計(jì)法錨桿支護(hù)方法，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際條件及基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，設(shè)計(jì)出錨桿初步參數(shù)，方案在井下實(shí)施過程中，通過礦壓等數(shù)據(jù)的信息反饋，及時(shí)調(diào)整設(shè)計(jì)方案。

1 研究支護(hù)巷道位置及圍巖狀況

口泉煤礦位于大同煤田東南邊緣地段，屬大同向斜東南翼，為一走向南北，傾向西的單斜構(gòu)造。首采工作面2202 皮帶順槽西側(cè)與塔山煤礦以F1 逆斷層為井田邊界隔開， 北鄰盤區(qū)回風(fēng)上山， 南鄰井田邊界，2202 皮帶順槽布置在19-22# 煤層中，在距盤區(qū)皮帶上山口130m處，按方位角188°48′20″開口，開口平進(jìn)9m 再按-10°掘進(jìn)，見19-22#煤層底板后沿底板掘進(jìn)，巷道長(zhǎng)度1063m，巷道斷面為矩形，凈斷面為4700mm×3000mm。

首采19-22 號(hào)煤層厚度14.98-24.29m，平均19.73m，煤層傾角平均18°,煤層硬度f(wàn) 為2～3，煤層結(jié)構(gòu)極復(fù)雜，煤層頂?shù)装寰鶠樘假|(zhì)泥巖、局部有煌斑巖，抗壓強(qiáng)度76.0～84.4MPa，抗拉強(qiáng)度4.0～5.1MPa。 底板巖性以泥巖、砂質(zhì)泥巖為主，少部分為高嶺巖及炭質(zhì)泥，頂?shù)装鍖?duì)開拓部署，開采工藝、頂板維護(hù)等都有較大影響。

2 錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)方法

現(xiàn)有的錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)方法很多，如基于以往經(jīng)驗(yàn)和圍巖分類的經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法，基于某種假說和解析計(jì)算的理論設(shè)計(jì)法，以現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的監(jiān)控設(shè)計(jì)法。 大量實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)證明，單獨(dú)采用任何一種方法都不符合巷道圍巖復(fù)雜性和多變性的特點(diǎn)， 因而達(dá)不到理想的設(shè)計(jì)效果。只有采用包括試驗(yàn)點(diǎn)調(diào)查和地質(zhì)力學(xué)評(píng)估、初始設(shè)計(jì)、井下監(jiān)測(cè)和信息反饋、修正設(shè)計(jì)和日常監(jiān)測(cè)的動(dòng)態(tài)信息設(shè)計(jì)方法，才是符合井下巷道圍巖特性的科學(xué)的設(shè)計(jì)方法。初始設(shè)計(jì)采用數(shù)值計(jì)算和經(jīng)驗(yàn)法相結(jié)合的方法進(jìn)行，根據(jù)圍巖參數(shù)和已有實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)確定出比較合理的初始設(shè)計(jì)。 然后將初始設(shè)計(jì)實(shí)施于井下，并進(jìn)行詳細(xì)的圍巖位移和錨桿受力監(jiān)測(cè)，根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果驗(yàn)證或修正初始設(shè)計(jì)。 正常施工后還要進(jìn)行日常監(jiān)測(cè)，保證巷道安全。本設(shè)計(jì)包括試驗(yàn)點(diǎn)調(diào)查和地質(zhì)力學(xué)評(píng)估，錨桿支護(hù)初始設(shè)計(jì)，井下施工所需材料、設(shè)備和工藝，礦壓監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)和儀器等內(nèi)容。

3 巷道支護(hù)形式和參數(shù)選擇原則

針對(duì)口泉煤礦特厚煤層地質(zhì)生產(chǎn)條件，為了充分發(fā)揮錨桿支護(hù)的作用，提出以下設(shè)計(jì)原則：

（1）一次支護(hù)原則。 錨桿支護(hù)應(yīng)盡量一次支護(hù)就能有效控制圍巖變形，避免二次或多次支護(hù)。一方面，這是礦井實(shí)現(xiàn)高效安全生產(chǎn)的要求；另一方面，這是錨桿支護(hù)本身的作用原理決定的。巷道圍巖一旦揭露立即進(jìn)行支護(hù)效果最佳，而在已發(fā)生離層、破壞的圍巖中安裝錨桿，支護(hù)效果會(huì)受到顯著影響。

（2）高預(yù)應(yīng)力和預(yù)應(yīng)力擴(kuò)散原則。 預(yù)應(yīng)力是錨桿支護(hù)中的關(guān)鍵因素，是區(qū)別錨桿支護(hù)是被動(dòng)支護(hù)還是主動(dòng)支護(hù)的參數(shù)，只有高預(yù)應(yīng)力的錨桿支護(hù)才是真正的主動(dòng)支護(hù)，才能充分發(fā)揮錨桿支護(hù)的作用。 一方面，要采取有效措施給錨桿施加較大的預(yù)應(yīng)力；另一方面，通過托板、鋼帶等構(gòu)件實(shí)現(xiàn)錨桿預(yù)應(yīng)力的擴(kuò)散，擴(kuò)大預(yù)應(yīng)力的作用范圍，提高錨固體的整體剛度與完整性。

（3）“三高一低”原則。 即高強(qiáng)度、高剛度、高可靠性與低支護(hù)密度原則。 在提高錨桿強(qiáng)度、剛度，保證支護(hù)系統(tǒng)可靠性的條件下，降低支護(hù)密度，減少單位面積上錨桿數(shù)量，提高掘進(jìn)速度。

（4）臨界支護(hù)強(qiáng)度與剛度原則。 錨桿支護(hù)系統(tǒng)存在臨界支護(hù)強(qiáng)度與剛度，如果支護(hù)強(qiáng)度與剛度低于臨界值，巷道將長(zhǎng)期處于不穩(wěn)定狀態(tài)，圍巖變形與破壞得不到有效控制。因此，設(shè)計(jì)錨桿支護(hù)系統(tǒng)的強(qiáng)度與剛度應(yīng)大于臨界值。

（5）相互匹配原則。錨桿各構(gòu)件，包括托板、螺母、鋼帶等的參數(shù)與力學(xué)性能應(yīng)相互匹配， 錨桿與錨索的參數(shù)與力學(xué)性能應(yīng)相互匹配，以最大限度地發(fā)揮錨桿支護(hù)的整體支護(hù)作用。

（6）可操作性原則。提供的錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)應(yīng)具有可操作性，有利于井下施工管理和掘進(jìn)速度的提高。

（7）經(jīng)濟(jì)合理性原則。在保證巷道支護(hù)效果和安全程度，技術(shù)上可行、施工上可操作的條件下，做到經(jīng)濟(jì)合理，有利于降低巷道支護(hù)綜合成本。

4 支護(hù)方案

4.1 錨桿支護(hù)

錨桿形式和規(guī)格：桿體為22# 左旋無(wú)縱筋螺紋鋼筋，鋼號(hào)為335號(hào)，長(zhǎng)度2.4m，桿尾螺紋為M24。

錨固方式： 樹脂加長(zhǎng)錨固， 采用兩支樹脂錨固劑， 一支規(guī)格為MSK2335， 另一支規(guī)格為MSZ2360， 鉆頭直徑為30mm， 錨固長(zhǎng)度1200mm。

W 鋼護(hù)板規(guī)格：厚度5mm，寬280mm，長(zhǎng)度450mm。

錨桿配件：采用高強(qiáng)錨桿螺母M24，配合高強(qiáng)托板調(diào)心球墊和尼龍墊圈，托板采用拱型高強(qiáng)度托板，高度不低于36mm，托板尺寸不小于150×150×10mm，承載能力不低于190kN。

網(wǎng)片規(guī)格：采用經(jīng)緯網(wǎng)，經(jīng)緯網(wǎng)材料為10# 鐵絲，網(wǎng)孔規(guī)格50×50mm，網(wǎng)片規(guī)格5300×1100mm，采用16# 鉛絲聯(lián)接，雙絲雙扣梳辮法隔孔相連。

錨桿布置：錨桿排距1000mm，間距850mm，每排布置6 根錨桿。錨桿角度：全部垂直頂板布置。

4.2 錨索支護(hù)

錨索形式和規(guī)格： 錨索材料為Φ18.9mm，1×7 股高強(qiáng)度低松弛預(yù)應(yīng)力鋼絞線，長(zhǎng)度6300mm，鉆孔直徑30mm。 采用一支MSK2335 和兩支MSZ2360 樹脂錨固劑錨固，錨固長(zhǎng)度1970mm。

錨索托板： 采用300×300×16mm 高強(qiáng)度可調(diào)心托板及配套鎖具，高度不低于60mm，承載能力不低于400kN。

錨索布置：每?jī)膳佩^桿打設(shè)3 根錨索，錨索間距均為1700mm，排距為1000mm。

錨索角度：全部垂頂板布置。

圖1

圖2 錨桿錨索支護(hù)布置

5 結(jié)論

通過口泉煤礦錨桿支護(hù)技術(shù)的系統(tǒng)研究，對(duì)于煤巖體較完整條件下巷道，實(shí)現(xiàn)巷道錨桿、錨索一次支護(hù)，優(yōu)化錨桿支護(hù)參數(shù)，提高掘進(jìn)效率，降低支護(hù)和掘進(jìn)成本。對(duì)于復(fù)雜困難條件下巷道，顯著提高巷道安全可靠性，將巷道變形量控制在一定范圍，滿足生產(chǎn)要求，基本不需維修，確保安全的前提下，適當(dāng)降低支護(hù)成本。實(shí)現(xiàn)了巷道支護(hù)整體水平較大提升。