李家壕煤礦淺埋深薄軟基巖巷道聯(lián)合支護(hù)技術(shù)

(神華包頭能源有限責(zé)任公司李家壕煤礦 內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 017000)

目前東勝煤田開采深度大都小于200m，煤層賦存特征為淺埋深、厚表土、薄軟基巖。針對(duì)此類煤層條件下的巷道支護(hù)問題，研究較少，本文以李家壕煤礦這一典型淺埋深薄軟基巖煤層為背景，研究了此類巷道圍巖的變形規(guī)律，并提出了錨桿錨索聯(lián)合支護(hù)技術(shù)，現(xiàn)場(chǎng)支護(hù)試驗(yàn)表明，采用錨桿錨索支護(hù)，圍巖控制效果較好。

一、工程概況

李家壕井田位于內(nèi)蒙古自治區(qū)鄂爾多斯市東勝區(qū)東南，行政區(qū)劃隸屬東勝區(qū)銅川鎮(zhèn)、布日都鎮(zhèn)管轄。11216工作面回風(fēng)平巷位于2-2中煤11盤區(qū)，11216回風(fēng)平巷從2-2中煤主運(yùn)南大巷開口0m-356m煤層厚度2m-3m；357m-1290m煤層厚度3m-4m(含兩層夾矸平均厚度0.3m)；1291m-2545m煤層厚度4m-5.35m(含兩層夾矸平均厚度0.35m)。11216回風(fēng)平巷留300mm底煤掘進(jìn)，巷道埋深在190m左右，為典型的淺埋巷道，直接頂為粉砂巖、泥巖，平均厚度5.97m；直接底為砂質(zhì)泥巖，平均厚度8.08m，局部有2層泥巖夾石，平均厚度0.35m。

二、巷道圍巖變形規(guī)律監(jiān)測(cè)

為了掌握11216回風(fēng)平巷頂板巖層變形規(guī)律，在距11216平巷開口50m、70m、90m處分別設(shè)置測(cè)站，每個(gè)測(cè)站點(diǎn)設(shè)2.5m、5m、8m共3個(gè)監(jiān)測(cè)基點(diǎn)，對(duì)巷道頂板進(jìn)行了30天的監(jiān)測(cè)，三處測(cè)站點(diǎn)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)經(jīng)整理如圖1所示。

(a)

(b)

(c)

結(jié)合前面分析的頂板巖層變形規(guī)律可知，控制該巷道頂板破壞主要是控制頂板0m-2.5m和2.5m-5m層位的變形，頂板5m以外圍巖可視為穩(wěn)定圍巖。因此本文設(shè)計(jì)采用2.5m長(zhǎng)的螺紋鋼錨桿控制0m-2.5m頂板變形，配合6.5m長(zhǎng)的錨索，錨索主要作用是控制2.5m-5m頂板變形，將淺部松動(dòng)圍巖錨固到深部圍巖中。

三、錨桿-錨索聯(lián)合支護(hù)原理

錨索與單體錨桿的作用功能是一樣的，既有加固圍巖的作用，也有懸吊下部松動(dòng)巖石的作用。兩者的區(qū)別在于錨索可以錨固在圍巖深部的穩(wěn)定巖層中，控制巷道的變形及預(yù)防冒頂，而錨桿因其長(zhǎng)度較短，不能錨固在深部穩(wěn)定的巖石中，此時(shí)錨桿的懸吊作用很小，主要靠其加固作用和錨桿群的成拱作用控制圍巖變形，提高圍巖的承載能力。

圖2所示為圍巖與支護(hù)相互作用關(guān)系曲線，由圖中可知，曲線1為圍巖特性曲線，它表示圍巖變形與支護(hù)強(qiáng)度之間的關(guān)系。其中曲線3和4分別為錨索的力學(xué)特性曲線及錨巖支護(hù)體的特性曲線圖，從圖可以看出，兩者均未和曲線1相交，說明單獨(dú)采用錨桿支護(hù)或錨索支護(hù)，都不能控制圍巖達(dá)到穩(wěn)定。當(dāng)錨桿-錨索聯(lián)合支護(hù)時(shí)，其共同支護(hù)作用特性曲線2與曲線1相交，表明聯(lián)合支護(hù)提高了支護(hù)體的承載能力，在曲線的交點(diǎn)(A)處，圍巖的變形破壞得到控制，保持了圍巖的穩(wěn)定，錨桿-錨索聯(lián)合支護(hù)控制圍巖效果較好。

圖2 圍巖與支護(hù)相互作用關(guān)系曲線

圖3 巷道表面位移觀測(cè)結(jié)果

四、支護(hù)方案及支護(hù)效果

(一)支護(hù)方案。根據(jù)頂板圍巖的變形規(guī)律可知，頂板支護(hù)應(yīng)采用錨桿錨索聯(lián)合支護(hù)，幫部采用常規(guī)的支護(hù)方案即可，根據(jù)煤礦巷道錨桿支護(hù)參數(shù)設(shè)計(jì)廣泛采用的工程類比法，并結(jié)合巷道的實(shí)際生產(chǎn)地質(zhì)條件，確定巷道支護(hù)參數(shù)。

(1)頂板支護(hù)參數(shù)。頂錨桿采用Φ20×2500mm的左旋螺紋鋼錨桿，配碟型鐵托盤150×150×10mm，間排距為960×1000mm，頂錨桿布置每排為6根，兩邊的頂錨桿距幫200m，頂錨桿扭矩力不小于100N·m，錨固力不低于80KN。錨索采用Φ21.6mm，長(zhǎng)為6.5m的鋼絞線，間排距為2000×2000mm，承載能力不得小于250KN。

(2)幫部支護(hù)參數(shù)。正幫采用直徑為Φ22×2000mm防斷玻璃鋼錨桿，配合350×150×18mm的竹托盤，副幫采用直徑為Φ16×2000mm的圓鋼錨桿。副幫鋪設(shè)網(wǎng)格為100×100mm的鋼筋網(wǎng)，網(wǎng)片搭接量為100mm，網(wǎng)片綁扎采用14#雙股鉛絲成“三花眼”綁扎，綁絲間距不得大于500mm。頂板及兩幫錨固劑采用CK2350和Z2350樹脂錨固劑，遇到淋水地段采用防水錨固劑。

(二)支護(hù)效果。為了驗(yàn)證采用錨桿索聯(lián)合支護(hù)的支護(hù)效果，在距11216平巷開口40m、60m、80m處分別設(shè)置三處測(cè)站，采用十字布點(diǎn)對(duì)巷道的表面位移進(jìn)行了連續(xù)60天的監(jiān)測(cè)，其中典型的觀測(cè)站觀測(cè)數(shù)據(jù)如圖3所示。

由圖3可以看出，采用錨桿錨索聯(lián)合支護(hù)后，巷道變形量較小，頂板及兩幫變形在20天以后就趨于穩(wěn)定，頂板最終下沉量為35mm，兩幫移近量為25mm，巷道支護(hù)效果較好。

五、結(jié)論

(1)對(duì)李家壕煤礦11216回風(fēng)平巷進(jìn)行了圍巖變形監(jiān)測(cè)，表明巷道的變形主要發(fā)生在0～5m范圍內(nèi)，其中在0～2.5m范圍變形量最大，據(jù)此提出了采用錨桿錨索聯(lián)合支護(hù)技術(shù)進(jìn)行巷道的支護(hù)。

(2)分析了錨桿錨索聯(lián)合支護(hù)的原理，主要為錨桿通過成拱作用控制淺部圍巖變形，錨索通過錨固在深部穩(wěn)定圍巖來控制巷道的變形及預(yù)防冒頂。

(3)李家壕煤礦11216回風(fēng)平巷現(xiàn)場(chǎng)支護(hù)試驗(yàn)表明，采用錨桿錨索聯(lián)合支護(hù)技術(shù)后，頂板及兩幫變形量均較小，保證了巷道的穩(wěn)定性。