華燁煤礦4號(hào)煤層總回風(fēng)大巷支護(hù)設(shè)計(jì)實(shí)踐

陳學(xué)文

（煤炭工業(yè)呂梁地方煤礦建設(shè)工程質(zhì)量監(jiān)督站，山西呂梁 033300）

華燁煤礦4號(hào)煤層總回風(fēng)大巷支護(hù)設(shè)計(jì)實(shí)踐

陳學(xué)文

（煤炭工業(yè)呂梁地方煤礦建設(shè)工程質(zhì)量監(jiān)督站，山西呂梁 033300）

根據(jù)華燁煤礦4號(hào)煤層總回風(fēng)大巷的地質(zhì)、生產(chǎn)條件及服務(wù)年限,采用工程計(jì)算法進(jìn)行了錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)，選定了支護(hù)材料及參數(shù)，進(jìn)行了有效的支護(hù)效果和動(dòng)態(tài)質(zhì)量監(jiān)測，結(jié)果表明設(shè)計(jì)的支護(hù)參數(shù)能較好地滿足生產(chǎn)要求。

總回采大巷;支護(hù)設(shè)計(jì);質(zhì)量監(jiān)測

錨桿支護(hù)具有“主動(dòng)”支護(hù)、支護(hù)成本低、控制圍巖效果好等優(yōu)點(diǎn)，是當(dāng)今世界巷道支護(hù)技術(shù)的主要發(fā)展趨勢。實(shí)踐證明，錨桿支護(hù)的關(guān)鍵是支護(hù)形式的合理選擇和支護(hù)參數(shù)的科學(xué)設(shè)計(jì)，以充分圍巖自身的承載能力，進(jìn)行耦合支護(hù)。本文以山西臨縣華燁煤業(yè)有限公司4號(hào)煤層總回風(fēng)大巷為例，采用工程計(jì)算的方法，設(shè)計(jì)出各種支護(hù)參數(shù)，并通過實(shí)踐驗(yàn)證了設(shè)計(jì)的可靠性。

1 井田概況

華燁煤業(yè)煤業(yè)井田位于鄂爾多斯盆地東緣的河?xùn)|煤田中段。井田南北長3.5 km，東西寬2 km，面積7.0 km2。井口標(biāo)高+850 m，現(xiàn)開拓一水平，水平標(biāo)高為+575 m，聯(lián)合開采2號(hào)、4號(hào)煤。其中4號(hào)煤層頂板以泥巖、細(xì)砂巖為主，個(gè)別為砂質(zhì)泥巖、粉砂巖，據(jù)三交詳查區(qū)24號(hào)孔細(xì)砂巖頂板試驗(yàn)結(jié)果：抗拉強(qiáng)度2.40 MPa，抗剪強(qiáng)度3.90 MPa。底板大部為泥巖、砂質(zhì)泥巖、局部為粉砂巖。頂板巖層普氏系數(shù)取為4.2。煤層頂?shù)装鍘r性綜合柱狀示意圖，見圖1。

4號(hào)煤總回風(fēng)大巷標(biāo)高+628 m，設(shè)計(jì)長度186 m。4號(hào)煤總回風(fēng)大巷斷面設(shè)計(jì)為矩形,巷道掘進(jìn)高度為4.0 m，寬度為5.0 m，掘進(jìn)斷面為20.0 m2。服務(wù)年限34 a。

2 4號(hào)煤層總回風(fēng)大巷的錨固參數(shù)設(shè)計(jì)

2.1 4號(hào)煤層總回風(fēng)大巷頂板錨固參數(shù)確定

4號(hào)煤層總回風(fēng)大巷沿煤層底板掘進(jìn)，4號(hào)煤層厚度為1.91～2.1 m，巷道掘進(jìn)高度為4.0 m，寬度為5.0 m，掘進(jìn)斷面為20.0 m2，為半煤巖巷道。根據(jù)華燁煤礦地質(zhì)報(bào)告，頂板巖層平均容重取26 kN/m3，頂板巖體的普氏系數(shù)為4.2；兩幫煤層內(nèi)摩擦角取30°，單根頂錨桿最小錨固力取100 kN，單根幫錨桿最小錨固力取50 kN。

1）頂板支護(hù)載荷集度q：

式中：H為巷道高度，4 m；φb為巷幫煤及巖體內(nèi)摩擦角，30°；b為巷道寬度，5 m；γ為直接頂容重，26 kN/m3；f為直接頂損壞厚度，0.5 m。2）頂板錨桿布置密度n:

式中：q為載荷集度,58 kPa；K為安全系數(shù)，一般為1.5～2，取1.8；K'為變形載荷系數(shù)，取1.2；F為錨桿設(shè)計(jì)錨固力,100 kN。

頂錨桿布置間、排距a：

根據(jù)4號(hào)煤層總回風(fēng)大巷的斷面參數(shù)，取頂錨桿排距為0.8 m，間距為0.8 m，每排7根錨桿，靠近兩幫的錨桿距離巷幫0.1 m，并且分別向巷幫傾斜約20°。

3）錨桿長度的確定：

頂板錨桿長度l為

l=l1+l2+l3=2.14 m，取為2.3 m。

式中：l1為錨桿外露長度，0.1 m；l2為錨桿有效長度，m；l3為錨入巖層深度，一般大于0.3 m。

錨桿有效長度l2為

4）錨固長度的確定：根據(jù)頂板巖層錨固條件，錨固長度l3最小為

5）錨桿直徑的確定：

根據(jù)頂板巖層條件，選取螺紋鋼錨桿，該錨桿的屈服應(yīng)力為400 MPa。錨桿的直徑為

式中：Q為設(shè)計(jì)錨桿錨固力，100 kN；σt為錨桿屈服強(qiáng)度，MPa；因此，錨桿的直徑選取為18 mm。

6）錨桿錨固劑的選?。?/p>

根據(jù)設(shè)計(jì)錨固長度按下式計(jì)算錨桿錨固需要的藥卷長度Ly為

式中：Ly為樹脂藥卷總長度，m；Rm為錨桿半徑，mm；Ry為樹脂藥卷半徑，mm；K為錨固劑損耗系數(shù)，取K=1.1～1.15；R為鉆孔半徑，mm。

根據(jù)計(jì)算結(jié)果，選取型號(hào)為CK2360和Z2340的樹脂藥卷各1卷。

依上述分析，若選用的錨桿設(shè)計(jì)錨固力為100 kN，則4號(hào)煤層總回風(fēng)大巷頂板錨固參數(shù)可確定為：錨桿長度2.3 m；錨桿間距0.8 m；錨桿排距0.8 m；錨固長度0.71m；設(shè)計(jì)錨固力100kN；預(yù)緊力30kN。

7）錨索參數(shù)的確定：

取錨索排距為1.6 m，每排打2根錨索，間距為2.4 m。錨索最小錨固長度l0=1.36 m.

根據(jù)設(shè)計(jì)錨固長度按下式計(jì)算幫錨桿錨固需要的藥卷長度Ly：

式中：Ly為樹脂藥卷總長度，m；Rm為錨桿半徑,mm；Ry為樹脂藥卷半徑，mm；K為錨固劑損耗系數(shù)，取K=1.1～1.15；R為鉆孔半徑，mm。

根據(jù)計(jì)算結(jié)果，選取型號(hào)為CK2360和Z2340的樹脂藥卷各2卷。

錨索最小長度l：l=2.5l0+H+l'=6 m，取為7.0 m。式中：H為載荷體高度，取2.3 m；l'為錨索外露長度，一般取0.3 m。

2.2 4號(hào)煤層總回風(fēng)大巷兩幫錨固參數(shù)確定

1）兩幫所需要的錨固強(qiáng)度p：

式中：q為兩幫可承載錨固體所受載荷集度。

b'為巷道等效跨度：

兩幫可承載錨固體厚度l3：

2）錨桿布置密度n：

幫錨桿布置間、排距a：

根據(jù)4號(hào)煤層總回風(fēng)大巷的斷面參數(shù)，取幫錨桿排距為0.8 m，間距為0.8 m，每排5根錨桿，上、下幫錨桿距離頂?shù)装?.4 m，并且分別向頂、底板傾斜約20°。

3）錨桿長度l：l=l1+l2+l3.

其中，錨固段長度l2：

錨桿外露長度為l'，根據(jù)錨桿施工工藝，一般取0.1 m。

錨桿總長度l=l1+l2+l3=1.355 m，取為1.8 m。

4）錨固劑的選取。根據(jù)設(shè)計(jì)錨固長度按下式計(jì)算幫錨桿錨固需要的藥卷長度Ly：

式中：Ly為樹脂藥卷總長度，m；Rm為錨桿半徑，mm；Ry為樹脂藥卷半徑，mm；K為錨固劑損耗系數(shù)，取K=1.1～1.15；R為鉆孔半徑，mm。

根據(jù)計(jì)算結(jié)果，選取型號(hào)為CK2360的樹脂藥卷1卷。

依上述分析，若選用的錨桿設(shè)計(jì)錨固力為50 kN，則4號(hào)煤層總回風(fēng)大巷兩幫錨固參數(shù)可確定為：錨桿長度1.8 m；錨桿間距0.8 m；錨桿排距0.8 m；錨固長度0.355 m；設(shè)計(jì)錨固力50 kN；預(yù)緊力20 kN。

2.3 4號(hào)煤層總回風(fēng)大巷錨固方案

根據(jù)以上計(jì)算，結(jié)合巷道斷面尺寸，確定4號(hào)煤層總回風(fēng)大巷支護(hù)方案。4號(hào)煤層總回風(fēng)大巷支護(hù)圖，見圖2。

3 巷道支護(hù)的監(jiān)測

3.1 支護(hù)效果檢測

該工程2011年4月份掘完并按要求進(jìn)行了支護(hù)（包括噴漿100 mm），完工后工在該巷道相隔30 m設(shè)了兩組測點(diǎn)監(jiān)測巷道變形，每組測點(diǎn)埋設(shè)4個(gè)點(diǎn)分別為頂?shù)缀蛢蓭?。? d監(jiān)測一次，共監(jiān)測4個(gè)月即122 d，硐室圍巖變形測點(diǎn)監(jiān)測圖，見圖3。

從圖中可以看出，頂板下沉量累計(jì)最大為43.6 mm，平均下沉速率僅為0.36 mm/d；硐室的底臌量累計(jì)最大為75.7 mm，平均速率為0.63 mm/d；兩幫位移量累計(jì)最大為86.78 mm，平均速率為0.72 mm/d；頂?shù)孜灰屏坷塾?jì)最大119.4 mm，平均速率則為0.99 mm/d。且從圖中可以看出，巷道在掘出后80 d時(shí)間內(nèi)變形較為明顯，到3個(gè)月后巷道變形趨于穩(wěn)定?，F(xiàn)場觀察發(fā)現(xiàn)，巷道除兩幫底角噴砼局部出現(xiàn)輕微鼓裂外，其余部位均無明顯變化。實(shí)踐表明，該支護(hù)設(shè)計(jì)完全能滿足大斷面半煤巖巷道支護(hù)穩(wěn)定的要求。

3.2 支護(hù)質(zhì)量動(dòng)態(tài)監(jiān)測

1）錨桿(索)預(yù)緊力檢查。在巷道掘進(jìn)施工過程中，安排專人按不小于30%的比例和不大于1 d的時(shí)間間隔，用力矩示值扳手對(duì)錨桿（索）預(yù)緊力進(jìn)行抽測。

2）錨桿（索）錨固質(zhì)量的巡回檢查。每隔一定時(shí)間（2 d）對(duì)巷道錨桿（索）進(jìn)行巡回式檢查一次，對(duì)失效的錨桿（索）應(yīng)及時(shí)補(bǔ)打，對(duì)托盤松動(dòng)的要及時(shí)緊固，對(duì)局部偏幫或小范圍漏頂處要及時(shí)處理。

3）錨固力的拉拔檢查。檢查錨桿（索）錨固力應(yīng)該在現(xiàn)場進(jìn)行拉拔試驗(yàn)。對(duì)于錨桿，每100根或100根以下隨機(jī)抽樣檢查4根（頂板2根，兩幫各1根）。錨桿拉拔加載力按照錨桿設(shè)計(jì)錨固力的80%進(jìn)行加載，其中若有1根被拉拔松動(dòng)，不合要求，再抽樣3根（頂板、兩幫各1根）進(jìn)行試驗(yàn)，若再發(fā)現(xiàn)不合格錨桿，應(yīng)通知礦總工程師或者主管副礦長進(jìn)行原因分析，并及時(shí)采取處理與補(bǔ)救措施。

對(duì)于錨索每20根張拉5根，拉拔加載力按照錨桿設(shè)計(jì)錨固力的80%進(jìn)行加載，若發(fā)現(xiàn)有1根錨索張拉時(shí)有伸長現(xiàn)象，再張拉10根，若仍有伸長現(xiàn)象，應(yīng)通知礦總工程師或者主管副礦長進(jìn)行原因分析，并及時(shí)采取處理與補(bǔ)救措施。

4）頂板離層動(dòng)態(tài)監(jiān)測。利用頂板離層指示儀對(duì)頂板不同層位的下沉量進(jìn)行監(jiān)測，以便隨時(shí)掌握頂板的穩(wěn)定狀態(tài)：a.對(duì)頂板離層情況提供直觀顯示，及早發(fā)現(xiàn)頂板失穩(wěn)的征兆，以避免冒頂事故的發(fā)生。b.監(jiān)測數(shù)據(jù)可以作為修改完善錨桿支護(hù)初始設(shè)計(jì)參數(shù)的重要依據(jù)。

在總回風(fēng)大巷掘進(jìn)中，每隔30 m安設(shè)一組頂板離層指示儀，每組安設(shè)2套，間距2 m。每個(gè)測孔中放置1套2個(gè)測點(diǎn)，1個(gè)深基點(diǎn)，1個(gè)淺基點(diǎn)，其中深基點(diǎn)深度比錨索孔深0.5～1 m，淺基點(diǎn)深度比錨桿孔深0.3～0.6 m。分別測量錨索錨固范圍內(nèi)和錨桿錨固范圍內(nèi)的頂板離層量隨時(shí)間和位置的變化情況。

4 結(jié)束語

1）錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)是一個(gè)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)過程。要充分的利用每一個(gè)過程中提供的信息，包括巷道圍巖情況調(diào)查和地質(zhì)力學(xué)評(píng)估、以理論計(jì)算為主的初始設(shè)計(jì)及井下日常檢查與專項(xiàng)監(jiān)測信息。根據(jù)信息收集和反饋修正設(shè)計(jì)。

2）礦井地質(zhì)條件是千變?nèi)f化的，特別注意地質(zhì)條件變化時(shí)，需要及時(shí)調(diào)整支護(hù)參數(shù)，要十分重視錨桿、錨索的支護(hù)質(zhì)量檢查與受力監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)糾正。

3）要重視和保證錨桿、錨索預(yù)緊力達(dá)到設(shè)計(jì)要求；要重視和保證聯(lián)網(wǎng)質(zhì)量與噴射混凝土對(duì)頂板的封閉質(zhì)量；要重視和保證安裝錨桿時(shí)對(duì)錨桿鉆機(jī)高速旋轉(zhuǎn)的時(shí)間要求；要重視和保證定期對(duì)樹脂錨固劑及其他錨固構(gòu)件性能參數(shù)的檢查與測定。

4）在遇到地質(zhì)構(gòu)造帶，頂板淋水段及煤層變厚區(qū)域等困難條件時(shí)，要加密或加長錨桿錨索，必要時(shí)加套臺(tái)棚注漿加固，以確保安全。

5）在施工經(jīng)驗(yàn)和檢查與監(jiān)測資料的累積基礎(chǔ)上，要不斷地總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)一步完善華井下巷道錨固設(shè)計(jì)方法及支護(hù)參數(shù)的選取。確保巷道支護(hù)長久穩(wěn)定。

Support Design for Chief Return-air Roadways in Seam No.4 of Huaye Mine

CHEN Xuewen
(Lvliang Quality Supervision Station of Mine Construction for Coal Industry,Lvliang 033300,China)

Based on the geology,working condition,and service life of chief return-air roadways of seam No.4,Huaye mine,engineering calculation method was used in the design of bolt support and the selection of support materials and parameters.Then,the monitoring on support effect and dynamic quality showed that the support parameters could meet the requirement of production.

chief return-air roadways;support design;quality supervision

TD353

A

1672-5050（2015）02-0039-05

10.3969/j.cnki.issn1672-5050sxmt.2015.02.013

（編輯：劉新光）

2015-01-21

陳學(xué)文（1974-），男，山西平遙人，大學(xué)本科，工程師，從事采礦工程質(zhì)量監(jiān)督工作。