合理優化支護設計在深井開采巷道圍巖控制技術的應用

李殿祥

摘 要：東海礦現處在深井開采階段，工作面回采階段巷道礦壓顯現異常劇烈，巷道收縮變形量大，在礦壓觀測基礎上，通過理論分析和研究，優化巷道支護參數 ，提高支護強度，對先期回采巷道錨網索支護進行了優化設計，控制了巷道圍巖大的收縮變形，保證了礦井的安全生產。

關鍵詞：深井；圍巖控制、錨網索

雞西分公司東海煤礦井田位于黑龍江省東部，井田東西走向11公里，南北傾向3公里，井田面積33平方公里。井田內斷層發育、縱橫交錯，褶曲現象頻繁，地質夠造非常復雜。東海礦五采區32#煤層現已開拓延伸至四水平底部，距地表垂直深度已達1100多米，在深井開采礦壓顯現日趨劇烈情況下，不斷優化高強度錨桿、錨索、金屬網、“W”鋼帶聯合支護設計與材料選型，32#層右十一采面回風順槽通過優化支護技術參數和斷面設計成功控制巷道圍巖大變形，取得了一定成效，保證了安全生產。

1 深井礦壓顯現原因分析

隨著礦井開采的不斷延伸，礦井進入深部層開采后，由于煤巖層自重壓力的增大，巷道主要表現在巷道圍巖變軟，圍巖面易發生爆裂，巷道圍巖三向受力狀態發生改變，加上深部層開采頂板壓力變大，造成巷道圍巖的擠壓破壞，隨著擠壓破壞向深部層發展，引起煤巖體裂隙擴張和體積膨脹，造成巷道煤巖層彎曲變形，彎曲拉應力逐漸變大，導致巷道頂板、巷幫煤巖體的破壞，尤其回采工作面上回風順槽受工作面超前動壓與上部沿空采空區殘余應力釋放疊加的影響，造成巷道變形嚴重、巷道斷面的收縮量極聚增大，嚴重影響到礦井的安全生產。先期錨網索支護設計很難滿足現在深井開采安全生產的需要，必須不斷優化支護設計才能保證礦井安全生產。

2 巷道工程概況

五采區32#層左十二路采面上回風順槽埋深1020米，工作面開切眼185米，上回風順槽走向660米，沿煤層頂板掘進施工，與左十一路采空區留設5米寬區段煤柱。左十二路采面回風順槽礦壓觀測回采期間工作面超前動壓影響范圍已達150米范圍，巷道圍巖變形嚴重地段在工作面超前50米范圍，巷道兩幫移近量最大達2.0米，頂底收縮量達1.5米。

3 優化支護方案設計

3.1原32層十二路采面回風順槽巷道支護參數

錨桿參數：錨桿采用20MnSi左旋無縱筋預應力螺紋鋼，直徑∮18mm；長度1800mm；采用樹脂錨固，錨固長度700mm，錨固劑：CK2335樹脂錨固劑兩卷。設計錨固力90KN：預緊力70KN：錨桿矩形布置每排4根，間棑距：1000mm×1000mm；金屬蝶形托盤：規格120×120×8mm。

錨索：直徑∮15.24、1860低松弛鋼絞線、長度：7.2米、靠上幫單排布置 間距2.0米。

“W”鋼帶：規格：3200×280×35mm，厚度2.75mm。

金屬網：10#鍍鋅鐵線；菱形金屬網規格：3200×1500×35mm；網孔尺寸45×65mm。

幫錨桿支護規格：∮35mm管縫式錨桿，長度1600mm；間棑距700×700mm。

上述支護方案設計雖對巷道圍巖變形起到一定的控制作用，但在采面正常回采期間，巷道應力集中地段仍然出現大的塑性變形，錨桿、錨索支護的外部緊固端出現過被拉斷現象，影響了安全生產。

根據錨桿支護的剛性梁理論，通過錨桿的高預緊力使錨桿長度范圍和錨桿長度以上的頂板離層得以消除，使頂板形成一個“剛性”梁體，提高頂板整體的抗剪強度，使水平應力對頂板剪切破壞不向頂板縱深發展，頂板的垂直壓力被轉移到巷道兩側煤體內，為使巷道兩側煤體壓力減小，巷道兩側錨桿支護要與鉛垂線保證一定角度，使錨固端錨在幫部穩定巖層中，增加錨桿與頂板的剛性梁長度，使巷道壓力向煤體深部轉移，緩解巷幫角應力的破壞，減小巷道兩側煤幫壓力。增加錨桿長度后，盡量使錨桿深入到穩定巖層中，保證剛性梁足夠厚度，使其具有較高的承載能力。

通過使用KBD5電磁輻射監測儀，利用煤巖體受不同壓力后其內部電磁輻射波發生不同變化的電磁理論，在32層左十二路采面掘進及回采期間，找出采面掘進與回采時巷道壓力電磁強度與頻率變化峰值的大小，為下一步確定32層右十一路采面巷道支護參數與材質選型奠定基礎。

根據以上理論和電磁輻射儀電磁強度的預測，決定對32右十一采面回風順槽巷道支護參數、支護材質等加以修改，控制深井開采巷道圍巖劇烈變化。

3.2 32層右十一路采面回風順槽巷道支護參數：

錨桿參數：錨桿采用20MnSi左旋無縱筋預應力螺紋鋼，修改直徑為∮22mm長度22mm；采用樹脂錨固，錨固長度700mm，錨固劑：CK2335數值錨固劑兩卷。設計錨固力120KN；錨桿矩形布置每排4根，間棑距改為：1000mm×900mm；金屬蝶形托盤：規格120×120×8mm。

錨索補強支護：錨索改為直徑∮18.7mm高強度低松弛鋼絞線，長度7200mm，外露長度控制在不大于350mm，張拉預緊力控制在60-80KN，矩形布置：間棑距1800×2000mm。每孔裝入5根樹脂錨固劑固定，型號為MSK2335、MSZ2335，每孔眼底裝入1根MSK2335，外側用4根MSZ2335，錨固力不低于200KN/根，托盤用長度300mm、寬度200mm、厚度5mm槽鋼。

“W”鋼帶：規格：3200×280×35mm，厚度2.75mm。

金屬網：10#鍍鋅鐵線；規格：3200×1800mm；網孔尺寸45×65mm。

幫錨桿支護規格；修改為∮20 mm高強度螺紋鋼高桿：長度1800mm，間棑距：600mm×600mm。

東海煤礦深井開采特殊地質條件下，通過合理的選擇巷道支護技術參數，積極采用先進的支護工藝支護巷道，研究制定出采準巷道錨桿、索、金屬網、鋼帶聯合支護技術規范、標準及相關規定，同時制定出巷道錨桿、錨索支護安全質量檢查與頂板動態監測規范與標準，保證了錨桿、索、網、鋼帶的施工質量與安全。東海礦目前開拓巷道主要采用錨桿、錨索、金屬網、噴漿聯合支護，回采巷道主要采用錨桿、錨索、金屬網、鋼帶聯合全封閉支護。支護時不僅采用先進的支護工藝，而且在支護材料選型上積極探索與實踐，通過使用高強度支護材料進行巷道支護，從而保證礦井安全生產。