膠帶巷圍巖控制改進技術研究

張茂生

（山西煤炭運銷集團南河煤業有限公司，山西 晉城 048400）

1 工程概況

山西煤炭運銷集團南河煤業有限公司開拓方式為主斜副立開拓，井筒數量3個，開采水平為+775m，現采煤層為15#，采煤工藝為綜采，瓦斯等級為瓦斯礦井，水文地質類型為中等，煤層有Ⅱ級自燃傾向性。

礦井現開采15#煤層。井田范圍由9個坐標點依次連線圈定，面積5.992km2，生產能力為60萬t/年，開采深度920～710m標高。

15#煤層位于太原組一段頂部K2灰巖之下，煤層厚2.10～4.20 m，平均厚3.85 m，含0～2層夾矸，夾矸厚0.05～0.45 m，結構簡單。

15#煤層直接頂厚度為4.13～12.24 m，平均值為8.42 m。巖性為石灰巖，硬度大，抗壓強度高，頂板屬于堅硬巖層。

15#煤層底板巖性為鋁土泥巖，直接底厚度為3.11～7.86 m，平均厚度為5.96 m。根據山西省114勘察院勘探時采樣做的底板物理力學性質成果表明：15#煤層底板巖性抗拉值為0.4～1.5 MPa，平均值為0.9 MPa。15#煤層底板巖性抗壓值為2.0～35.2MPa，平均值25.6 MPa。其中內摩擦角值為 31°27′～37°29′，平均值為 34°29′，屬于典型的軟弱破碎巖層。

南河煤業開采15#煤層時，由于巷道圍巖巖性軟弱，巖性為泥巖，遇水容易膨脹，吸水性強。導致開采15#煤層容易發生底鼓現象，頂板支護也比較困難。

2 礦井開拓方式和巷道支護效果差原因分析

礦井為主斜副立混合開拓方式，主斜井、副立井及回風立井位于工業場地內，主斜井一側鋪設膠帶輸送機，擔負礦井的煤炭提升任務，另一側鋪設單軌，擔負礦井大件設備及長材料運輸任務，設臺階、扶手，作為礦井一個安全出口，兼作進風井。井筒凈寬5.0m，斜長478m，坡度23°，表土段采用混凝土砌碹支護，基巖段采用錨網噴支護。

副立井擔負礦井的輔助提升任務，裝備雙罐籠，兼作進風井。井筒凈直徑4m，垂深200m，表土段采用混凝土砌碹支護，基巖段采用錨網噴支護。

回風立井裝備梯子間，擔負礦井的回風任務并作為礦井的一個安全出口。回風立井井筒凈直徑4m ，垂深205.4m，表土段采用混凝土砌碹支護，基巖段采用錨網噴支護。

礦井有3個安全出口：即主斜井、副立井和回風立井，各井筒井口間距離均大于30 m。

根據現有開拓現狀，以一個水平開采15#煤層，水平標高為+775m。根據井田開拓布置，15#煤層劃分為2個采區?；夭晒ぷ髅婊夭刹捎瞄L壁后退式開采。

針對南河煤業15#煤層圍巖具體的地質情況進行了分析，與現場工作人員溝通闡述礦井開拓方式并對巷道支護效果差原因分析：

（1）錨桿安裝機具不到位，容易將錨固劑的化學結構破壞，影響錨固效果。

（2）井田總體呈走向近北東的向斜褶曲構造，地層傾角0～25°左右，井田內發現6條斷層，4個陷落柱構造，各陷落柱陷壁角一般約80°，在陷落柱附件采掘作業必須先做好物探準備措施。南河煤業地溫正常，無沖擊地壓現象。

（3）錨索的預緊力值偏小，錨索抗拉強度大，主動支護能力強的效果遠遠沒有發揮出來。

（4）工人沒按要求施工，錨桿錨索安裝后，沒有對錨索進行二次緊固，導致錨索預緊力下降。

（5）巷道金屬網搭接方式有待改進，尺寸不合理影響巷道支護效果。

（6）錨桿、錨索安裝后沒有用減摩墊圈，增大了設備之間的摩擦力，力的轉換效率降低，應該加上減摩墊圈。

（7）錨桿、錨索不匹配，錨固性能差，樹脂藥卷凝固時間長。這是支護效果不理想最主要的原因。

3 地質構造段膠帶巷錨桿、錨索支護及噴漿參數

針對巷道支護效果差的現象，對地質構造做了充分的物探，改進錨桿安裝設備的型號，提高工人素質，對錨桿錨索作業進行嚴格要求，最重要的是選擇了合適的相互匹配的錨桿錨索，進行了合理的錨網索支護，支護平面和剖面布置建議方案如圖1和圖2所示。

頂板為5根錨桿，間距1000 mm；兩幫各4根錨桿，間距為1000 mm；錨桿排距為1200 mm。其具體支護參數為：

3.1 頂板和兩幫支護

（1）頂部支護

選用Φ20×2000mm左旋螺紋鋼高強度錨桿，匹配150×150×10 mm高強拱形托盤與高強螺母。加長樹脂錨固，鉆孔直徑≤30 mm，使用2支K2360型錨固劑，錨桿預緊力矩不低于250 N?m。使用Φ12 mm螺紋鋼制作的4400×70mm頂鋼帶，使用12#菱形鐵絲網，網格大小為50×50mm，網尺寸為5100×1300mm，幫網相鄰網搭接約100mm，鐵絲鈕扣聯結，鋼帶必須壓住兩片網搭接部分。

（2）幫部支護

選用Φ20×1800mm左旋螺紋鋼高強度錨桿，匹配150×150×10mm高強拱形托盤與高強螺母。加長樹脂錨固，鉆孔直徑≤30 mm，使用1支K2360型錨固劑，錨桿預緊力矩不低于150 N?m。使用Φ12 mm螺紋鋼制作的3200×70mm頂鋼帶，使用12#菱形鐵絲網，網格大小為50×50mm，網尺寸為3300×1300mm，幫網相鄰網搭接約100mm，鐵絲鈕扣聯結，鋼帶必須壓住兩片網搭接部分。

3.2 頂板錨索

使用Φ17.8mm，長為6200mm，有效長度6000mm左右的1×7股高強度且低松弛鋼絞線制錨索，隔一排兩根，間排距1800×2400mm，并且緊跟掘進迎頭來施工。錨索鉆孔直徑≤30mm，錨索用3卷樹脂錨固劑，錨固型號為3支K2360，理論錨固長度約1400mm左右。

錨索托盤：采用300×300mm×16mm的方形鋼板，錨索預緊力應≥120 kN。

3.3 表面噴漿

設計方案中噴射混凝土強度是C20，噴射混凝土配比為:水泥:砂子:石子=1:2:2，剛開始噴時可適度減少石子摻量，水灰比為0.4～0.5。原材料按照重量計，稱量的允許偏差值：水泥和速凝劑均為±2%，砂子和石子均為±3%。設計方案中噴漿厚度為100 mm，剛開始噴射混凝土厚度是50～60 mm，且要及時進行復噴，進行復噴時間間隔不能超過2個小時，否則應該使用高壓水重新沖洗受噴面。

圖1 遇地質構造段膠帶巷錨桿、錨索布置平面圖

圖2 遇地質構造段膠帶巷頂部錨桿、錨索布置剖面圖

4 支護效果監測分析

通過對各個測站的巷道表面變形量進行監測，匯總各個測站的觀測數據，如圖3是巷道斷面的變形量，圖4是巷道表面的變形速度。

在礦壓觀測的前10 d范圍內巷道變形增加的速度比較快，隨著觀測時間的增加，巷道表面的變形速度逐漸減??；在礦壓觀測的10～20 d范圍內，巷道變形趨于穩定，但是在礦壓觀測的21～38 d范圍內巷道受地質條件的影響又開始出現不穩定的情況，由于巷道圍巖的巖性不同以及巷道圍巖各個位置的受力不均勻，導致巷道各個部分的變形破壞情況不相同，嚴重的地方會出現巷道片幫、脫皮的現象。最后結果在監測的第39 d開始逐步趨于穩定，最終巷道兩幫移近量約為150 mm，頂底板移近量約為250 mm，說明此支護方式能夠有效控制圍巖變形，保證礦井安全生產。

圖3 巷道斷面的變形量

圖4 巷道表面的變形速度

5 結論

南河煤業15#煤層現開采開拓過程中，巷道支護效果很差，最主要的原因是錨桿錨索不匹配，錨固性差。通過改進錨固設備，頂錨桿選用Φ20×2000mm左旋螺紋鋼高強度錨桿，幫錨桿選用Φ20×1800mm左旋螺紋鋼高強度錨桿，使用Φ17.8mm，長為6200mm，有效長度6000mm左右的1×7股高強度且低松弛鋼絞線制錨索，對巷道進行了支護設計并現場驗證，最終巷道兩幫移近量約為150mm，頂底板移近量約為250mm，說明圍巖控制改進技術取得了明顯的進步，保證了礦井的安全生產。