集中膠帶大巷巷道支護優化設計

(河南理工大學 河南 焦作 454000)

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集中膠帶大巷巷道支護優化設計

喻從伍顏雷黃磊

(河南理工大學河南焦作454000)

本文針對五陽煤礦集中膠帶大巷的具體地質條件確定支護形式和參數，并對支護效果進行現場監測，對巷道巖控制技術進行了研究和分析，取得了良好的技術經濟效益。

集中膠帶大巷；支護形式；監測；圍巖控制

一、地質概況

山西潞安環能股份有限公司五陽煤礦位于山西省襄垣縣境內，是一座大型礦井，地理坐標為：東經112°58′25″～113°05′09″，北緯36°26′46″～36°33′47″。井田坐落于潞安礦區東北部，屬黃土高原的低山丘陵地帶，地勢較為平坦，呈南高北低，西高東低。大多為黃士所覆蓋，局部零星出露中奧陶系地層及二疊系地層，沖溝發育。最高點位于本區南文王山北斷層附近，海拔為+945.50m，最低點位于漳河河谷，海拔+854.00m，最大高差為91.50m。

五陽煤礦集中膠帶大巷地面位于南豐村南部、從西里村和東里村下方穿過。井下位置位于78皮帶巷和主2皮帶巷之間，從75-5#區段上方穿過，巷道主要在3#煤層頂板中掘進，穿越地層主要為泥巖、砂質泥巖、砂巖，掘進中局部地段將會揭露1#、2#煤層。

二、巷道所處不利條件分析

(1)巷道頂板淋水現象嚴重，破壞了頂板巖層的穩定性，根據現場考察可知，集中膠帶大巷多處巷道頂板淋水，頂板水的長期浸泡會導致頂板巖層的強度降低，特別是軟弱泥巖或者膨脹性泥巖，尤其會導致巷道頂板噴層開裂、剝落、巷道頂板下沉現象，巷道實際揭露的巖層為層狀且有軟弱夾層，此類圍巖如在水的浸泡作用下，勢必會減弱錨桿支護的效果，巷道圍巖將不可避免會發生變形[1]。

(2)圍巖巖性不一致、變形不均勻，將加劇巷道圍巖的變形巷道實際揭露的巖層性質與該巷道附近鉆孔地質柱狀圖不符，實際揭露的巖層多為層狀和斷裂現象較為明顯的砂質泥巖，且層與層之間夾雜著較為軟弱的類似軟泥巖物質，巷道圍巖較為破碎，圍巖有明顯的流變特性，具有典型的軟巖特征。由于巷道圍巖巖性不一致，且強度相差較大，在地應力作用下，其變形破壞必定不均勻。在分析巷道圍巖的變形過程中，巷道圍巖應作為一個整體看待，巷道兩幫的變形、下沉將加劇頂板的下沉，同樣頂底板的破壞將促使巷道兩幫形成更大的應力集中，從而加劇巷道兩幫的破壞深度[2]。從圍巖穩定分類來看，該類巷道圍巖屬于“不穩定圍巖”。

(3)錨桿托盤參數不合理，錨桿支護能力大打折扣。

該礦目前采用的支護方式和參數，很難有效控制巷道圍巖的變形和破壞，建議采取有效措施，因地制宜的選擇支護方式和支護參數，消除目前巷道支護中存在的安全隱患。

三、集中膠帶大巷支護初步技術方案

根據集中膠帶大巷地質條件，運用計算機數值模擬，結合類比法提出巷道支護的初步方案，根據現場觀測后再考慮設計方案的調整和完善。

頂板為6根錨桿，間距850mm；兩幫各4根錨桿，間距為1000mm，錨桿排距參照間距確定為1000mm，其具體支護參數為：

頂板錨索：采用1×7股高強度低松弛鋼絞線制，直徑17.8mm，長6.3m，有效長度6.0m左右，錨索間距1700mm，一排兩根，排距2000mm，緊跟掘進迎頭施工。錨索采用3卷Z2360樹脂錨固劑錨固，理論錨固長度約為1.63m，在錨索錨固端1.5m處施加擋圈。錨索托盤采用300mm×300mm×16mm的高強球型托盤，錨索預緊力應≥150KN。遇煤層厚度變化較大的地段，錨索長度可根據需要調整，錨索應深入煤層頂板3～4m。

兩幫錨桿：使用左旋螺紋鋼高強錨桿，錨桿鋼材屈服強度不低于400MPa，規格為Ф20×2000mm，配150mm×150mm×10mm高強拱形托盤和高強螺母，含調心球墊和減摩墊圈，為配套產品；鉆孔直徑為28mm，加長錨固，每孔兩支樹脂藥卷，規格為K2335和Z2360各一卷，選用金屬網和鋼筋梯子梁護幫，為了便于彎曲以使錨桿能夠貼緊巷道幫部，梯子梁采用10～12mm的鋼筋自行制作(梯子梁鋼筋比頂板稍細)，長度為3600mm，寬度80～85mm；金屬網采用8#鉛絲編制的經緯網或者菱形網，兩幫金屬網規格為3600mm×1100mm，網孔為40mm×40mm，相鄰網搭接約100mm，鐵絲鈕扣聯結。兩幫錨桿預緊力矩應不小于150N·m。

四、現場試驗效果

為分析集中膠帶大巷支護技術方案后支護效果，在集中膠帶大巷開口往里100m和150m處設置了兩個測站，采用“十”字布點法布置觀測點監測巷道頂底板及兩幫移近量[3]。第一次測出數據后，以后隔一天測一次數據，觀測一個月。

兩測點的巷道兩幫及頂底板變形趨勢基本一致，都在掘巷后半個月內，圍巖變形增長較迅速，而半個月后，巷道變形速率開始變小，20天左右變形量開始趨于穩定，頂底板移近量在90mm以內,兩幫移近量在110mm以內。通過支護，提高了圍巖穩定性，很好的控制了圍巖變形，支護效果良好。

五、結論

總的來看，設計的支護方案下，巷道位移量達到一定的限度后不再發生變化，巷道圍巖已處于穩定狀態，且巷道的變形量都在允許變形量之內，說明所采用的支護方案能有效控制集中膠帶大巷圍巖變形，取得了良好的技術經濟效益。并對類似條件下的巷道支護起到了重要的指導作用。

[1]鞠文君,付玉凱.我國煤礦巷道支護的難題與對策[J].煤礦開采,2015,(06):1-5.

[2]王平,姜福興,王存文,孔令海.大變形錨桿索協調防沖支護的理論研究[J].采礦與安全工程學報,2012,(02):191-196.

[3]蘭奕文.巷道支護分析[J].煤炭技術,2007,(04):64-67.

喻從伍(1995-)，男，漢族，安徽廣德人，本科，河南理工大學能源科學與工程學院；顏雷(1979-)，男，壯族，廣西百色人，本科，河南理工大學能源科學與工程學院；黃磊(1993-)，男，漢族，江西贛州人，本科，河南理工大學能源科學與工程學院。