工作面運輸順槽圍巖錨桿支護技術實踐

文澤

(河南理工大學 河南 焦作 454000)

工作面運輸順槽圍巖錨桿支護技術實踐

王耀王文澤何寒月

(河南理工大學河南焦作454000)

曲江煤業工作面采用長壁綜合機械化一次采全高采煤方法回采9號煤層，煤層平均厚1.51m。工作面運輸順槽的頂板巖石較為軟弱，易產生坍塌冒落，并且采區巷道側壁及底板可能出現“片幫”、“底鼓”現象。本文介紹了常用巷道圍巖控制方法，并結合曲江煤業9號煤層的地質條件以及出現的主要工程地質問題確定工作面運輸順槽的支護方案為錨桿(索)聯合支護，并對此支護方案進行了監測與優化。

運輸順槽；圍巖控制；錨桿(索)聯合支護；監測

一、工程地質概況

豐城曲江煤業井田煤層埋藏較淺，地質條件簡單，礦井涌水量較小，屬低瓦斯礦井，煤層傾角平緩(一般3°～6°)，從井田內各煤層傾角和厚度看，適宜綜合機械化采煤。工作面回采9號煤層，煤層位于太原組中部K4灰巖之上，上距3號煤層底板約52.83m，下距15號煤層頂板約37.65m，煤層厚度1.10-1.72m，平均厚1.51m，厚度變異系數11.92%，可采系數80%，煤層結構簡單，不含夾矸，頂板一般為砂質泥巖或泥巖，底板為泥巖或砂質泥巖。井田東北部已剝蝕，其余地段穩定可采。9號煤層為薄及中厚煤層，設計9號煤層選用長壁綜合機械化一次采全高采煤方法。

根據井田工程地質特征，結合周邊礦井調查情況分析，開采過程中可能出現的主要工程地質問題有：巷道、采掘工作面及采空區的軟弱巖石頂板易產生坍塌冒落，尤其是采空區將發育高度較大的冒落導水裂隙帶[1]。在長期開采條件下，3號、9號及15號煤礦坑的冒落導水裂隙帶將會相互連通。巷道側壁及底板可能出現“片幫”、“底鼓”現象。建議加強頂板支護等相關防治措施。

二、常用巷道圍巖控制方法

(一)棚式支架支護[2]

破碎圍巖巷道棚式支架配合金屬網護幫護頂，可以防止破碎圍巖的瞬時突然塌落冒頂。但由于棚式支護為被動支護，難以對圍巖施加控制變形的預應力，棚式支架隨著圍巖變形的發生和增加，所承受的圍巖擠壓力增加，實現對圍巖變形的抵抗與控制，棚式支架發揮支護作用的過程也是破碎圍巖變形的發展過程。

(二)破碎圍巖錨桿、錨索支護[3][4]

對新掘巷道圍巖及時進行錨桿錨索支護并施加足夠的預緊力，可有效控制圍巖裂隙的張開，使圍巖形成次生承載結構，充分發揮圍巖承載能力，進而防止圍巖擴容破壞的發生，是從根本上解決高應力、大斷面巷道圍巖變形破壞的可靠方法。對于已發生離層、破壞的巷道破碎圍巖，采用錨桿錨索補強支護時，可以阻止圍巖的繼續離層破壞，有效控制圍巖變形的發展。

(三)工作面順槽支護初步技術方案

根據工作面運輸順槽的地質條件，運用計算機數值模擬，結合類比法提出順槽支護的初步方案，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900mm，最外側兩根錨桿分別距離巷道兩幫150mm，并分別向外側傾斜約10°角；上下幫各3根錨桿，上部兩根錨桿間距為1000mm，中部和下部錨桿間距為1100mm，最上部和最下部兩根錨桿距離頂和底均為250mm，并分別向頂板和底板傾斜約10°角，錨桿排距初步確定為900mm。其具體支護參數為：

頂板錨桿：使用左旋螺紋鋼高強錨桿，錨桿鋼材屈服強度不低于335MPa，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；加長樹脂錨固，鉆孔直徑為28mm，錨固劑規格為K2335和Z2360各一卷，頂板配以鋼筋網作為輔助支護，鋼筋網采用Ф6.5mm的鋼筋自行制作，網格為100mm×100mm，頂板金屬網規格為2500mm×1000mm(一排兩片，中間搭接100mm)，沿巷道軸向相鄰網搭接約100mm，鐵絲鈕扣聯結，網扣間距不大于200mm，每扣鐵絲至少擰3圈以上；安裝錨桿時，先使用錨桿鉆機安裝錨桿攪拌樹脂錨固劑，并使用扭矩放大器或風動扭矩扳手盡量使錨桿預緊力矩達到設計要求，錨桿安裝預緊力矩不小于200N·m(錨桿預緊力30～40KN)。

頂板錨索：采用7股高強度低松弛鋼絞線制，直徑17.8mm，長度不小于7.9m，一排兩根，與錨桿交錯布置，間距2.2m，排拒1.8m，錨索必須緊跟迎頭施工；當頂板較好時，錨索向外傾斜10°角(與垂直方向的傾角)；當頂板壓力較大或者頂板較為破碎時，兩根錨索之間用16～20號槽鋼連接成一個整體。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250mm×250mm×15mm的高強球型托盤，錨索預緊力應≥150kN。

錨桿、錨索布置圖如圖1～圖2所示。

圖1 巷道圍巖錨桿布置圖

圖2 巷道圍巖錨索布置圖

(四)工業性試驗

在工作面回采過程中，為了監測巷道變形情況，進而優化改進支護方案，在工作面順槽開口往里100m和150m處設置了兩個測站，對巷道頂底板移近量、兩幫移近量進行了監測。

監測結果表明：在第20d后測站1頂底板移近量趨于穩定在180mm左右；在第21d后測站2頂底板移近量趨于穩定在200mm左右；總的來說巷道圍巖變形量都在一個月內趨于穩定，有效控制了圍巖的變形，可以滿足工作面安全回采的要求。

[1]文建東.松軟煤層巷道錨網梁噴支護技術實踐[J].煤炭工程，2009(11).

[2]盧軍明.松軟煤層架棚巷道松幫讓壓支護技術[J].中州煤炭，2006(4)：63～63

[3]栗利民.讓壓錨桿、樹脂錨索及W鋼帶聯合支護在回采巷道的應用[B].實用技術。2008.

[4]侯朝炯，郭勵生，勾攀峰.煤巷錨桿支護[M].中國礦業大學出版社，1999.

[5]張禮斌.回采巷道軟弱破碎圍巖錨注加固支護技術實踐[J].煤炭開采,2006,11(2)

王耀(1993-)，男，漢族，安徽黃山人，碩士研究生，河南理工大學能源科學與工程學院礦業工程專業；王文澤(1993-)，男，漢族，河南周口人，本科，河南理工大學土木工程學院土木工程專業；何寒月(1995-)，女，漢族，河南杞縣人，本科，河南理工大學建筑與藝術學院工業設計專業。