淺析不穩定礦巖掘進支護技術的應用

王慕良

(大同煤礦集團永定莊煤業有限責任公司，山西 大同037000)

1 概述

永定莊煤業隸屬于大同煤礦集團公司，所屬煤田地區的地質條件比較特殊，煤礦巖層具有一定的不穩定性。以該煤礦中的9#礦井煤層圍巖為例，在采動條件下的穩定類別檢測確定為Ⅲ類至Ⅳ類的標準范圍，在開采與掘進過程中具有較大的不穩定性，對于煤礦礦井的開采掘進具有極大的不利影響。結合該煤礦以及礦井巖層的這一特征，在進行煤礦礦井的開采掘進過程中，專門對該礦井圍巖特性以及地質應力作用情況等進行分析，并在此基礎上采用相關的煤礦礦井采動模擬系統，以“按臺階以及階段、塊段等進行分布掘進、支護澆筑”的工藝方法，應用“錨桿加鋼筋焊接網”的支護方式，同時通過使用快速承載預應力錨索進行支護加強，并在礦井掘進支護過程中給出相應的合理錨固參數，以實現不穩定圍巖條件下的掘進支護施工，保證煤礦開采掘進安全，提高煤礦開采掘進工作效率。

2 同煤集團永定莊煤業圍巖地質條件分析

該礦礦井掘進開采面的斷面形式主要呈現為一個三心拱的結構形式。其中，三心拱的毛斷面大圓半徑約為8.51 m，毛斷面小圓半徑2.07 m。同時，礦井的三心拱開采掘進斷面中，大圓的圓心角約為53°，小圓圓心角約為63°，整個三心拱毛斷面的寬度約為9.9 m，高度約為9. 45 m，毛斷面的面積約為86 m2。

礦井的開采掘進層中，整個掘進層的走向長度約為40 m，掘進層的走向方位為270°。該開采掘進煤層主要位于上述煤礦的9#礦井煤層以及底板巖層之間，整個開采煤層距離地表的垂直距離約為480 m。此外，該開采掘進煤層東段直接頂的地質巖層中主要為粉砂巖與砂質泥巖兩種巖土類型，而開采掘進煤層東段的基本頂地質巖層中則主要是細砂巖與粗砂巖兩種巖土類型;在該開采掘進煤層西段的地質巖層中，直接頂結構部分的地質巖層為2 m 厚的9#礦井煤以煤巖互層，巖層上覆蓋的巖土類型主要有砂質泥巖以及細砂巖、粗砂巖。最后，根據該開采掘進煤礦礦井的井下巷道施工錨索穿過巖層的情況來看，該煤礦的開采掘進煤層中上覆砂巖中含有裂隙水，在煤礦礦井的開采掘進施工中，對于煤礦煤層的開采掘進穩定性也有一定的不利影響。

在該煤礦的開采生產過程中，9#礦井的開采煤層頂底板結構主要為炭質泥巖巖層，具有性脆、層節理以及裂隙發育、遇水軟化、強風化等特征，因此，使得該煤礦礦井的開采掘進斷面屬于軟弱破碎巖層中的特大斷面形式，在進行煤礦斷面的開采掘進施工中，需要采用相關的掘進以及開采支護技術，以保證軟弱破碎巖層開采過程中的穩定性，保證煤礦礦井的開采生產安全。

3 不穩定巖層的掘進支護技術

根據上述所描述的同煤集團永定莊煤業開采掘進斷面地質結構與巖層特性，在進行該煤礦斷面的掘進開采過程中，為了避免巖層不穩定性對于開采掘進工作的影響，上述煤礦專門采用了“錨桿+鋼筋焊接網”支護形式作為掘進施工中的基本支護技術。同時，使用快速承載預應力錨索作為掘進施工中的加強支護技術，以保證該煤礦斷面的開采掘進施工順利。下文將從煤礦斷面錨固支護中各種錨固材料的選擇應用上，對于煤礦斷面掘進施工中的錨固支護技術進行分析。

1)在進行上述煤礦斷面的掘進施工中，應根據對于煤礦開采掘進斷面支護方式，在結合煤礦開采掘進斷面支護應用實際的情況下，對于支護錨桿的鉆孔直徑以及錨桿直徑，與錨固劑直徑的最佳匹配選擇進行考慮，根據掘進施工中錨固支護的長度要求，一般選擇S2360 型號和Z2360 型號的兩種樹脂型錨固劑，進行上述煤礦斷面的掘進錨固支護應用。在上述兩種錨固劑類型中，S2360 型錨固劑是一種快速和中速各在一端的雙速錨固劑，通常這種錨固劑多使用紅色表示快速段，使用白色表示中速段。在進行錨固劑的安裝過程中，多將雙速錨固劑的快速段放置在孔底進行安裝應用。

2)在進行上述煤礦礦井斷面的開采掘進施工中，對于錨固支護所使用錨索的選擇，應根據開采掘進煤層的圍巖特性以及開采掘進煤層斷面的尺寸大小，多選擇使用直徑為17.8 mm，同時破斷力為350 kN 的7 股鋼絞線作為錨固支護使用的錨索材料。此外，煤層斷面開采掘進支護過程中所使用錨索材料的技術參數情況如下，首先，進行開采掘進煤層斷面錨固支護使用的低松弛鋼絞線的直徑大小為17.8 mm，錨索鋼絞線的直徑偏差在0.2～0.4 mm 之間，鋼絞線的重量約為每千米1 500 kg，鋼絞線等級強度約為1 720～1 860 MPa，其中，鋼絞線的最小破斷負荷約為327～353 kN，屈服負荷約為294～318 kN 之間。此外，選用該種類型的鋼絞線作為錨索，其最小伸長率約為3. 5%，并且在錨固使用1 000 h 后的松弛程度不超過2.5%，具有較好的錨固應用性能特征。

3)在進行上述煤礦斷面的開采掘進錨固支護中，由于進行開采掘進的煤礦煤層斷面為大斷面巷道，本身具有跨度情況比較大以及邊墻比較高、圍巖層節理裂隙發育等特征，因此，在進行煤礦斷面的開采掘進過程中，為了保證煤礦斷面的開采掘進安全順利，在開采掘進斷面的頂板以及兩幫結構處統一使用直徑為20 mm 的高強度螺紋鋼錨桿進行錨固支護應用，其中，支護錨桿的長度約為2.2 m。此外，進行煤礦斷面掘進支護中，由于進行錨固支護使用的金屬焊接網的網孔尺寸為100～125 mm，因此，進行錨固支護應用的錨桿托板應選擇厚度為10 mm、寬度為150 mm 的鋼板壓制成的穹形多功能托板作為錨桿托板，而錨索托板應使用厚度為14 mm、長寬為300 mm 的鋼板進行錨固支護應用。在進行煤礦斷面支護中，支護圍巖具有一定的封閉性作用，錨固支護中需要通過噴射混凝土進行支護，而對于錨固使用的鋼筋焊接網則使用直徑為6.5 mm 的鋼筋，以網孔大小為100 mm×100 mm 的尺寸進行制作形成，整個鋼筋網的寬度約為1.1 m，鋼筋網長度可以根據施工情況進行設置。

最后，在對于支護使用錨桿以及錨索錨固長度的確定中，需要根據錨固巖層的強度情況，通過相應計算公式計算得出。比如，錨桿錨固長度計算確定中，以泥巖為例，錨固長度計算公式為(1)所示。式中Pm為設計錨固力，R為錨桿孔半徑，τ 為樹脂藥卷與鉆孔壁的粘結強度情況。

4 結語

總之，進行不穩定圍巖條件下煤礦巷道掘進支護技術的應用分析，不僅有利于提高煤礦巷道開采掘進支護技術水平，保證煤礦掘進開采安全，同時對于促進煤礦安全生產與發展也有積極作用和意義。

［1］ 楊曉光.錨網噴支護在開灤范各莊礦業公司四水平巖石巷道中的應用［J］.科技信息，2012(33).

［2］ 楊開安，趙茂森，肖子興，等.厚層破碎復合頂板巷道錨注支護技術［J］.西安科技大學學報，2013(4).