特厚煤層巷道高強(qiáng)度鋼帶支護(hù)

謝芝明，袁 佳，張 帆，夏云龍

（中鼎國際工程有限責(zé)任公司 礦山隧道建設(shè)分公司，江西 南昌 330096）

1 工程概況

同煤大唐塔山煤礦有限公司位于山西大同市南郊區(qū)楊家窯，大唐塔山井田走向24.3 km，傾斜寬度11.7 km，面積約170.91 km2。全井田地質(zhì)儲量50.7億噸，工業(yè)儲量47.6億噸，為優(yōu)質(zhì)的動力煤和焦煤，按設(shè)計生產(chǎn)能力15.0 Mt/a計算，礦井服務(wù)年限140 a。分公司一處塔山項(xiàng)目部承包塔山煤礦三期工程施工。

圖1 特厚煤層巷道掘進(jìn)頂部煤體“三帶”結(jié)構(gòu)及錨索支護(hù)

施工工程為一盤區(qū)2101工作面2101皮帶運(yùn)輸順槽，為煤巷，正常時沿煤層底板掘進(jìn)，設(shè)計長度1945.185 m，矩形斷面，斷面長×寬=5.5 m×3.6 m。3#～5#煤層平均煤厚15 m，最厚處超19 m，煤層黑色、碎塊狀、塊狀，條帶狀結(jié)構(gòu)，由暗煤及亮煤或半亮型煤組成，弱玻璃光澤、煤質(zhì)好，水平層理。該巷道2015年3月開始施工，巷道頻繁受斷層及火成巖侵入影響，導(dǎo)致巷道頂幫破碎；巷道沿煤層底板掘進(jìn)，頂部煤體從下往上存在“三帶”現(xiàn)象，即散體帶、塊體帶、裂隙梁帶，俗稱“三明治”煤層結(jié)構(gòu)[1]，見圖1直接頂厚度為5.23 m，巖性上部為炭質(zhì)泥巖，砂質(zhì)泥巖，粉沙巖為主，均一結(jié)構(gòu)，分選較好，交錯層理，含有植物化石；老頂厚度為6.44 m，巖性以粗砂巖、礫粗砂巖；直接底厚度為4.44 m，巖性以炭質(zhì)泥巖，沙質(zhì)泥巖，粉砂巖為主。

2101順槽原支護(hù)設(shè)計見圖2（1）[2]，施工過程中經(jīng)常遇到順槽支護(hù)W型鋼帶“一帶”或“兩帶”之間在采動影響下破壞失效，有時甚至引發(fā)漏頂事故。通過現(xiàn)場觀察可以發(fā)現(xiàn)，錨索+W型鋼帶支護(hù)的失效率最大，見圖2（2）。

圖2 2101順槽圍巖破碎段圍巖錨索+W型鋼帶支護(hù)失效

2 支護(hù)技術(shù)改進(jìn)

針對2101順槽圍巖破碎段圍巖錨索+W型鋼帶支護(hù)失效效應(yīng)，項(xiàng)目部技術(shù)人員對矩形巷道的錨索支護(hù)進(jìn)行反思，重新審視支護(hù)構(gòu)件的設(shè)計，在不同地質(zhì)條件采用不同支護(hù)方法。

2.1 裂隙梁帶

嘗試在錨索+W型鋼帶支護(hù)的基礎(chǔ)上，將W型鋼帶改為JM型鋼帶[3]，改進(jìn)后錨索A（見圖3），錨索眼深：孔深為15 m（見圖1）,每孔使用3根藥卷，1根MSK2335、2根MSZ2360，攪拌時間為40 s，一般適宜沿煤層頂板掘進(jìn)的巷道。

圖3 改進(jìn)后錨索A安裝結(jié)構(gòu)

2.2 塊體帶

在W型鋼帶改為JW鋼帶支護(hù)后再增加使用U25特殊鋼，改進(jìn)后錨索B見圖4，錨索眼深：孔深為20 m（見圖1），每孔使用3根藥卷，1根MSK2335、2根MSZ2360，攪拌時間為40 s，一般適宜變坡或者穿過斷層的巷道。

圖4 改進(jìn)后錨索B安裝結(jié)構(gòu)

2.3 散體帶

在JW鋼帶支護(hù)后再增加使用礦用11#礦工鋼，改進(jìn)后錨索C見圖5，錨索眼深：孔深為25 m(見圖1),每孔使用3根藥卷，1根MSK2335、2根MSZ2360，攪拌時間為40 s，一般適宜沿煤層底板掘進(jìn)的巷道。

圖5 改進(jìn)后錨索C安裝結(jié)構(gòu)

表1 頂板支護(hù)錨索鎖具材料規(guī)格型號單位/mm

2.4 支護(hù)材料規(guī)格

支護(hù)排距由原來的800mm改為500mm，支護(hù)材料規(guī)格型號如表1所示。支護(hù)設(shè)計構(gòu)件改進(jìn)，大大改善矩形巷道在受采動影響下的圍巖承載能力。

3 改進(jìn)效果

使用ZDBY-Ⅱ儀器，對一盤區(qū)掘進(jìn)巷道3#～5#煤層2101工作面2101順槽巷道進(jìn)行頂板離層監(jiān)測，一般每掘100 m布置一個監(jiān)測器，頂板破碎時，每掘50 m布置一個監(jiān)測器，特殊時期，按技術(shù)部要求調(diào)整安裝距離。改進(jìn)支護(hù)方式后，頂板離層量量值小于50mm（要求不超過300mm），有效控制了巷道的變形，杜絕了鋼帶撕裂的現(xiàn)象，支護(hù)效果實(shí)物照片見圖6和支護(hù)效果全貌的照片見圖7。

圖6 W型鋼帶改為JM型鋼帶效果

圖7 支護(hù)效果全貌

4 結(jié)語

2101順槽巷道工程頻繁受斷層及火成巖侵入影響，導(dǎo)致巷道頂板和兩幫破碎，施工存在很大風(fēng)險和困難，通過改進(jìn)施工工藝，改變支護(hù)方式，改善了2101順槽頂板支護(hù)質(zhì)量，達(dá)到了預(yù)定的目標(biāo)，為同類工程施工積累了經(jīng)驗(yàn)。目前已在全塔山煤礦順槽類巷道工程全面推廣使用。

〔1〕王金華，黃志增，于 雷.特厚煤層綜放開采頂煤體“三帶”放煤理論與應(yīng)用[J].煤炭學(xué)報，2017，42（4）：809-815.

〔2〕郭金剛，王偉光，岳帥帥，等.特厚煤炭層綜放沿空掘巷控制機(jī)理及其應(yīng)用[J].煤炭學(xué)報，2017，42（4）：825-831.

〔3〕楊春滿，朱永勝，張紅軍，等.礦用大直徑高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力錨索的開發(fā)及應(yīng)用[J].煤炭科學(xué)技術(shù)，2008，36（12）：59-62.

〔4〕閆莫明，滕年保，夏建中.礦用錨索支護(hù)技術(shù)[A]煤炭科學(xué)研究總院北京建井研究所,礦井建設(shè)現(xiàn)代技術(shù)理論與實(shí)踐[C].北京：煤炭工業(yè)出版社，2005：493-501.