運輸平巷原支護方案及存在的問題分析

王彥林

摘要：煤礦資源的應用，在我國社會經(jīng)濟發(fā)展中的地位非常重要，更是與人們的日常生活息息相關。為了更加保證煤炭生產(chǎn)的安全與質(zhì)量的提高，應當在對工程地質(zhì)環(huán)境等資料進行總結(jié)的基礎上對其支護方案和技術進行研究。本文從115031運輸平巷原支護方案著手，對該方案中存在的問題進行了分析，并針對性地提出了幾點解決對策。

Abstract： The application of coal resources plays a very important role in China's social and economic development， and it is closely related to people's daily life. In order to ensure the safety and quality of coal production， it is necessary to study the supporting scheme and technology on the basis of summarizing the data of engineering geology and environment. This article from the 115031 haulageway original supporting scheme， analyzes the problems existing in this scheme， and puts forward some countermeasures.

關鍵詞：運輸平巷；原支護方案；問題；對策；分析

Key words： haulageway；original supporting scheme；problem；countermeasure；analysis

中圖分類號：TD350 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2017）34-0116-020 引言

煤炭行業(yè)發(fā)展迅猛，作為我國能源消耗中的一大重要組成部分之一，其安全生產(chǎn)顯得尤為重要。然而，在近些年來對煤礦的采集和運輸上卻經(jīng)常發(fā)生許多安全上的事故，其中巷道掘進事故占據(jù)了很大的一部分，使得人們不得不對運輸平巷支護方案的研究重視起來。這也是筆者對115031運輸平巷原支護方案進行研究的原因所在，旨在能給更多相關人士幫助與借鑒。

1 王洼二礦115031運輸平巷工程簡介

115031工作面所采煤層為下侏羅統(tǒng)延安群五煤層，煤層總體為一背斜構(gòu)造，煤層厚度較穩(wěn)定，根據(jù)鉆孔資料及兩道、切眼實際揭露，煤層平均厚度為9m。煤層傾角最小32°，最大48°，平均37°左右。115031運輸平巷長1511m。115031工作面的煤層保存著清晰的原始木質(zhì)結(jié)構(gòu)，均有氧化現(xiàn)象，煤粒有裂紋，礦物雜質(zhì)主要是粘土礦物，多呈細粒或隱約細粒，侵染在有機質(zhì)中煤的表面顯得粗糙紊亂。由于本掘進工作面位于礦區(qū)侏羅系延安組含水層的下部，根據(jù)勘探資料及生產(chǎn)施工資料分析，延安組含水層在無充水來源時為透水層，不含水[1]。

2 115031運輸平巷原支護方案中的參數(shù)分析

2.1 頂板支護

巷道拱部采用規(guī)格Φ20×2500mm螺紋鋼錨桿，間排距為800×800mm，菱形布置；每根錨桿安裝2節(jié)K2370樹脂藥卷，錨固力≥50kN（19.7MPa）；托板采用120×120×10 mm的A3鋼板；鋪設機織網(wǎng)，機織網(wǎng)網(wǎng)片對接且扣扣相連；采用加強鋼帶支護，鋼帶由兩根Φ16mm圓鋼焊接而成，間距為100mm，鋼帶長度為6m，與錨桿同排布置。錨索規(guī)格為Φ17.8×8000mm，托梁為400mm長的11#礦用工字鋼；間排距為1500×2400mm，每根錨索充填6節(jié)K2370樹脂藥卷，錨固力≥100kN（29.8MPa）[2]。

2.2 幫部支護

幫部采用規(guī)格Φ20×2000mm螺紋鋼錨桿，間排距為800×800mm，菱形布置；每根錨桿安裝1節(jié)K2370樹脂藥卷；鋪設機織網(wǎng)，機織網(wǎng)網(wǎng)片對接且扣扣相連。

3 115031運輸平巷原支護方案中存在的問題

115031運輸平巷原支護方案中存在的問題有以下幾點：①圍巖變形破壞嚴重：在掘進影響期間，巷道掘出5-7天后，頂板下沉明顯，且后期頂板仍持續(xù)大變形，維護困難，且增加了巷道維護成本。出現(xiàn)網(wǎng)兜，局部地段的金屬網(wǎng)開裂現(xiàn)象，破碎的煤巖塊極易掉落下來。②受臨近工作面的采動應力影響，巷道變形顯著增大，存在錨桿、錨索拉斷，托盤撕裂現(xiàn)象。③出現(xiàn)錨桿錨空現(xiàn)象，造成錨桿支護失效。④巷道成型不規(guī)整，存在超挖、欠挖現(xiàn)象。

4 針對115031運輸平巷原支護方案中的問題提出的幾點對策

4.1 防圍巖變形破壞對策

通過分析發(fā)現(xiàn)，巷道圍巖發(fā)生變形破壞的原因很有多，其中包括大傾角的煤層、煤巷圍巖強度低、復合頂板、沖擊傾向性巷道、斷面形狀及尺寸越來越大等等。因此，為了能夠防止圍巖發(fā)生變形破壞，可以采取以下幾點措施：①采用五邊形斷面或是不規(guī)則梯形斷面，使頂板都存在不穩(wěn)定三角形危巖；②在留頂煤不破頂?shù)臈l件下，采用半圓拱形斷面，避免軟弱頂板出現(xiàn)較大的應力集中，轉(zhuǎn)移最大主應力的位置，同時消除大傾角條件下易冒落三角形危巖的影響，降低支護難度，提高支護質(zhì)量[3]；③對于沖擊傾向性巷道來說，由于其本身屬于應力大、變形大且具有動力破壞特征的巷道，僅僅依賴巷道支架本身的支護能力，很難控制巷道的劇烈變形，必須充分發(fā)揮巷道圍巖自身的承載能力。通過使用錨桿支護技術，可以充分地利用圍巖的自承能力，強化巷道圍巖的極限強度，可顯著提高圍巖的穩(wěn)定性，能夠很好地適應圍巖的變形，明顯改善作業(yè)環(huán)境和安全生產(chǎn)條件，提高礦井的生產(chǎn)效益[4]。

4.2 防巷道變形對策

一般來說，梯形斷面對巷道圍巖水平位移和垂直位移影響最大，而半圓拱形斷面位移較小，因此半圓拱形斷面更加適合作為巷道合理支護[5]。結(jié)合掘進過程中設備尺寸，通風要求和巷道圍巖變形預留量，將巷道斷面尺寸設計成為：斷面為半圓拱形，掘進寬度為4900mm，凈寬4800mm，高度為4000mm，墻高1600mm。此外，考慮到115031運輸平巷為大傾角大斷面巷道，所以掘進通過斷層破碎帶時，采用正常段設計的支護方式及參數(shù)難以滿足支護要求，需要在巷道正常段支護基礎上加強支護。在該區(qū)域通過增加錨桿、錨索布置密度，進一步提高耦合支護強度，實現(xiàn)對斷層軟巖破碎帶的一次支護到位。具體支護方案如下：①頂板采用錨梁網(wǎng)索支護方式：頂部采用Ф22mm-M24-2600mm左旋無縱筋螺紋鋼等強錨桿（錨桿材質(zhì)HRB500），錨桿間排距800×700mm，菱形布置，每根錨桿充填一節(jié)快速K2370，一節(jié)中速Z2370樹脂藥卷，預緊力不小于71kN。鋪設一層鋼筋網(wǎng)，規(guī)格為7900×900mm，采用Ф6.5mm圓鋼焊制，網(wǎng)孔規(guī)格為100×100mm；鋼筋網(wǎng)搭接處采用鋼帶壓茬敷設。鋼帶規(guī)格為BHW-280-4.0型，寬280mm，長6700mm，厚4.0mm。錨索為高預應力低松弛鋼絞線，規(guī)格為Ф20×8000mm（1×19），每隔2排錨桿布置3套鋼絞線；間距為1600mm，排距為1400mm。鋼絞線下鋪設錨索梁，規(guī)格為長1700mm，厚4mm的BHW-280-4.0型W鋼帶。錨索托板采用400×400×16mm的鼓形托盤，承載能力不低于500kN，鼓起高度不低于150mm。每根錨索充填一節(jié)快速K2370，兩節(jié)中速Z2370樹脂藥卷加長錨固，預緊力不小于140kN。②幫部采用錨網(wǎng)支護方式：幫部采用Ф20×2000mm左旋無縱筋螺紋鋼等強錨桿，錨桿間排距800×700mm，菱形布置，幫部每根錨桿充填一節(jié)快速K2370樹脂藥卷，預緊力不小于40kN。幫網(wǎng)規(guī)格為1500×900mm，采用Ф6.5mm圓鋼焊制，網(wǎng)孔規(guī)格為100×100mm。endprint

4.3 防錨桿支護失效對策

錨桿支護失效的原因大多與錨桿的鋼筋拉斷、托板失效、粘結(jié)破壞及錨空失效有關[6]，為了有效防止錨桿支護失效，可以采取以下幾點措施：①可以多應用一些高材質(zhì)的超高強度錨桿，從根本上提高錨桿的整體性能，防止錨桿的鋼筋被拉斷，或者可以通過對錨尾螺紋部位進行強熱化的處理，防止因其本身強度弱而導致的被拉斷現(xiàn)象，還可以在松軟、破碎、膨脹性圍巖和采動壓力影響的條件下，通過適當?shù)膶㈠^桿進行延伸使得圍巖有一個卸壓緩沖過程，進而減少桿體鋼筋被拉斷的情況發(fā)生。②實踐證明，由于托板失效而導致的錨桿失效的發(fā)生率占據(jù)了1/5左右。為了減少托板失效現(xiàn)象的發(fā)生：一方面可以使用凸形托板，它既可以允許圍巖有變形的存在，又可以保證錨固力承載力不受削減；另一方面還可以通過在螺母和托板之間架設墊圈，以此來增強托板的抗剪性能，有防止托板失效的良效。③粘結(jié)破壞，即錨桿同粘結(jié)材料發(fā)生了相對的滑動，而使得粘錨力遭受一定程度的破壞。為了減少粘結(jié)破壞情況的發(fā)生，可以增加錨桿表面的粗糙度，比如在錨桿的表面設置波紋節(jié)或者在錨桿的底端位置安裝楔塊，這可以使得錨桿表面的凸紋與粘結(jié)體之間發(fā)生一定程度的變形而產(chǎn)生剪切力，也可以使得粘結(jié)體楔塊因變形而發(fā)生膨脹，最終使得錨桿的粘結(jié)力變強[7]。④因錨空失效而導致的錨桿失效情況有很多，表現(xiàn)為在錨桿或者錨噴支護巷道中，因圍巖承載力度的不均勻，而使得錨桿切向錨固力失效。使用錨網(wǎng)或錨梁網(wǎng)支護，可以有效減少此種情況的發(fā)生。

4.4 防止巷道超挖、欠挖對策

巷道發(fā)生超挖或者欠挖，即巷道在實際開挖時的斷面在基準線以外或者以內(nèi)的現(xiàn)象。巷道超挖、欠挖現(xiàn)象的發(fā)生，與巷道開挖的輪廓線和爆破技術這兩方面有很大的關系。因此，為了有效防止巷道超挖、欠挖現(xiàn)象的發(fā)生，可以：①在巷道開挖斷面尺寸的選定上，以巷道凈空為基本線，并在此基礎上加上初期的支護厚度和二次襯厚度大小；②在施工前期做好鉆爆設計，適當借鑒以往成功的爆破經(jīng)驗，并加以應用；③全面提高施工隊伍的整體技術操作水平，定期組織爆破技術知識的講解與實際演練；④引進先進的爆破技術，對具體施工方法和過程進行精簡，提高施工的質(zhì)量。

4.5 對施工過程提出的對策

為了全面提高巷道支護的質(zhì)量，還需要對施工過程中的相關因素進行控制，具體有：①提高施工人員的素質(zhì)，多去選擇一些技術性強、有責任感的人來負責支護的相關事宜；②嚴格挑選和購買支護所需材料，比如錨桿、錨索、樹脂藥卷、鋼筋網(wǎng)、鋼帶、錨索托板等等；③定期對支護設備進行維修和保養(yǎng)，并及時將一些落后的設備進行更新等等。

5 結(jié)語

綜上所述，本文以115031運輸平巷原支護方案入手，對其方案中存在的問題進行了研究，發(fā)現(xiàn)其存在的主要問題包括：圍巖變形破壞嚴重、巷道變形、錨桿、錨索拉斷、錨桿支護失效、超挖、欠挖現(xiàn)象等等。筆者在通過對王洼二礦115031運輸平巷工程的基本地質(zhì)環(huán)境以及具體情況的分析上，提出了一些對于防圍巖變形破壞、防巷道變形、防錨桿支護失效、防止巷道超挖、欠挖以及施工過程的可行性建議。

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