工作面回風巷圍巖安全支護技術研究

(河南理工大學 河南 焦作 454000)

一、地質概況

山西陵川崇安蘇村煤業有限公司井田位于陵川縣城西部直距約14km處，禮義鎮蘇莊～崔村一帶，井田位于太行山南段中西側，為構造剝蝕中低山丘陵區，區內溝谷發育，總的地勢為北西高南東低，最高點位于井田北西部山梁上，海拔為1132.5m，最低點位于井田南部，海拔為992.5m，相對高差140m。

井田內主要含煤地層為山西組、太原組，平均總厚為140.93m，共含煤11層，煤層平均總厚10.99m，總含煤系數為7.80%，其中可采煤層共3層(3號、9號、15號煤層)，平均可采厚度共9.64m，可采系數6.84%。

3號煤層的特點是：黑色略帶灰色色調，強玻璃光澤～金屬光澤，礦物含量較多時光澤變暗[1]。具貝殼狀、粒狀、階梯狀、棱角狀斷口，內生裂隙較發育，性脆易碎，層狀構造，燃燒時著火點高，無煙。宏觀煤巖類型以半亮型煤為主，少量的光亮型和半暗型煤。

目前，礦井正在掘進1702工作面回風巷道，工作面回風巷毛寬3700mm，毛高3600mm，均采用錨桿錨索聯合支護。由于工作面順槽圍巖軟弱，頂板泥巖為主，巷道掘進時支護困難。

二、工作面回風巷錨桿、錨索支護優化參數

工作面回風巷錨桿、錨索布置如圖1所示。頂板為5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：

(一)頂板錨桿

錨桿規格：使用左旋螺紋鋼高強錨桿，桿體屈服強度不低于335MPa，極限強度不低于380MPa，規格為Ф20mm×2400mm，配150mm×150mm×10mm高強拱形托盤和高強螺母，為配套產品。

錨固參數：加長樹脂錨固，鉆孔直徑≤30mm，樹脂錨固劑規格為K2335和Z2360各一卷；

錨桿角度：兩頂角處錨桿分別向外傾斜10°～15°，其它錨桿均垂直頂板布置。

輔助支護：頂板配以鋼筋梯子梁和金屬網作為輔助支護，梯子梁采用Ф14mm的鋼筋自行制作，長度為3700mm，兩端封閉；金屬網采用10#鉛絲編制的經緯網或者菱形網，頂板金屬網規格為3600mm×1200mm，網孔規格為50mm×50mm，相鄰網搭接約200mm，采用14#鐵絲鈕扣聯結，孔孔相連，每扣鐵絲至少擰3圈以上；錨桿錨固力：錨桿設計錨固力大于100kN；

(二)兩幫錨桿

錨桿規格：使用左旋螺紋鋼高強錨桿，桿體屈服強度不低于335MPa，極限強度不低于380MPa，規格為Ф20mm×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；

錨桿角度：頂角和底角處錨桿分別向頂、底傾斜10°～15°，其它錨桿均垂直兩幫布置。

錨固參數：鉆孔直徑≤28mm，加長錨固，每孔兩支樹脂藥卷，錨固劑規格為K2335和Z2360各一卷；

輔助支護：兩幫配以金屬網作為輔助支護，金屬網采用10#鉛絲編制的經緯網或者菱形網，兩幫金屬網規格為3600mm×1200mm，網孔規格為50mm×50mm，相鄰網搭接約200mm，采用14#鐵絲鈕扣聯結，孔孔相連，每扣鐵絲至少擰3圈以上；錨桿錨固力：兩幫錨桿設計錨固力大于100kN；

錨桿預緊力：先使用錨桿鉆機安裝錨桿攪拌樹脂藥卷，然后采用大扭矩扳手擰緊螺母，錨桿預緊力矩不小于300N·m，且不能大于500N·m，如果不能達到扭矩要求，應購買扭矩放大器，盡量使錨桿預緊力矩達到要求。

(三)頂板錨索

錨索規格：采用1×7股高強度低松弛鋼絞線制，錨索直徑為17.8mm，長5300mm，有效長度5000mm左右；

錨索布置：錨索一排一根，排距3000mm，緊跟掘進迎頭施工。

錨固參數：錨索采用3卷樹脂錨固劑錨固，一支K2335，兩支Z2360，理論錨固長度約為1400mm，在錨索錨固端1400mm處施加擋圈。

錨索托盤：采用300mm×300mm×12mm的高強球型托盤，并配有調心球墊；

錨索錨固力：錨索設計錨固力大于300kN。

錨索預緊力：錨索預緊力應≥200KN。

遇煤層厚度變化較大的地段，錨索長度可根據需要調整，錨索至少應深入煤層頂板2000mm以上。

圖1 工作面回風巷錨桿、錨索布置圖

三、效果分析

為全面檢查安全支護后工作面回風巷道圍巖變形情況，在巷道表面位移觀察采用“十”字布點法[2]，根據現場圍巖變形情況每50～60m設一處測站，分別對巷道兩幫收斂量及頂底板移近量進行檢測。

監測結果表明，在21天后頂板收斂量趨于穩定在250mm左右，在22天后兩幫移近量穩定在340mm左右；總的來說巷道圍巖變形量在一個月內趨于穩定，有效控制圍巖變形，工作面回風巷道正常使用，可以滿足礦井安全生產。

[1]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.

[2]康紅普,王金華,林健.煤礦巷道錨桿支護應用實例分析[J].巖石力學與工程學報,2010,29(4):649-664.