巷道掘進(jìn)支護(hù)技術(shù)在采煤工程中的應(yīng)用

付煊峰

（同煤集團(tuán)永定莊煤業(yè)公司機(jī)掘三隊(duì)，山西 大同 037024）

1 巷道掘進(jìn)支護(hù)施工的難點(diǎn)及要點(diǎn)

1.1 巷道掘進(jìn)支護(hù)的施工難點(diǎn)

巷道所處地質(zhì)條件的特殊性和復(fù)雜性，給掘進(jìn)支護(hù)施工技術(shù)的應(yīng)用帶來了一定難度，主要體現(xiàn)在：軟巖整體強(qiáng)度偏低，再加上巖體易變形破碎，難以保障支護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性；巷道圍巖正處于應(yīng)力較為集中的地區(qū)，巖層在這種情況下即會(huì)變?yōu)檐泿r狀態(tài)，且隨著巷道應(yīng)力值的不斷增加，穩(wěn)定性會(huì)由此減弱；巷道巖層中含有很多遇水易膨脹的黏土礦物質(zhì)，如果不及時(shí)對(duì)其實(shí)施防水處理措施的話，可能會(huì)發(fā)生雨水坍塌事故[1]。

1.2 巷道掘進(jìn)支護(hù)的施工要點(diǎn)

1）精確把握施工時(shí)間。在巷道掘進(jìn)支護(hù)施工中，圍巖會(huì)有一段時(shí)間處于相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)，雖然其自穩(wěn)時(shí)間較短，但在施工中完全可以利用該時(shí)間段完成支護(hù)作業(yè)；

2）優(yōu)化巷道位置。在施工開始前，需對(duì)巷道所處圍巖的種類及分布情況進(jìn)行勘察，并結(jié)合勘察結(jié)果設(shè)計(jì)合理的掘進(jìn)路線，盡量避開應(yīng)力高度集中區(qū)域；

3）選擇合理的支護(hù)斷面。在巷道掘進(jìn)支護(hù)施工中，常采用的巷道斷面有橢圓形和馬蹄形兩種，可結(jié)合圍巖的受力情況和巷道尺寸進(jìn)行選擇；

4）提高圍巖強(qiáng)度。為進(jìn)一步增強(qiáng)軟巖的強(qiáng)度，在實(shí)際施工中多采用錨桿和注漿的加固方式提升圍巖自身的承載能力，以減少后期的支護(hù)維修費(fèi)用；

5）提高圍巖支護(hù)表力。巷道巖層表面的完整性直接關(guān)系到整個(gè)支護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，且?guī)r層表面越完整，巷道的支護(hù)效果就越好。在巷道掘進(jìn)支護(hù)施工中，可以通過噴水泥漿或錨桿增加預(yù)應(yīng)力的方式，來提高圍巖支護(hù)表力；

6）提高圍巖的自承能力。在巷道掘進(jìn)支護(hù)施工中，應(yīng)充分考慮到圍巖的易變性，根據(jù)應(yīng)力大小適度采用讓壓、卸壓的方式，以實(shí)現(xiàn)對(duì)巖層的有效加護(hù)。

2 采煤工程巷道總體情況概述

某采煤工程的工作面煤層平均厚度為4.78 m，傾斜角在5°~8°范圍內(nèi)，基本可以將其視為水平煤層。經(jīng)過對(duì)該煤層結(jié)構(gòu)以及圍巖強(qiáng)度進(jìn)行勘察后發(fā)現(xiàn)，整體結(jié)構(gòu)相對(duì)穩(wěn)定，煤層下部區(qū)域含有厚度在0.21~0.32m范圍內(nèi)的矸石，經(jīng)過討論后得出結(jié)論：巷道掘進(jìn)支護(hù)施工不會(huì)對(duì)頂板和底板變形造成太大的影響。

巷道頂板巖層的成分相對(duì)復(fù)雜，整體穩(wěn)定性較弱；巷道底板含有砂巖、植物化石等成分，在遇水時(shí)易發(fā)生膨脹泥化效果，整體穩(wěn)定性也滿足采煤的實(shí)際需求。巷道斷面高3.2 m、寬5.0 m，預(yù)留了平均厚度在1.6 m左右的底煤。結(jié)合以往的工程實(shí)踐可知，通常當(dāng)巷道寬度超過5.0 m后，頂板容易受到應(yīng)力集中的影響而發(fā)生變形，故經(jīng)過評(píng)估與討論后，決定采用巷道掘進(jìn)支護(hù)技術(shù)對(duì)巷道結(jié)構(gòu)進(jìn)行強(qiáng)化，以增強(qiáng)巷道采煤的安全性[2]。

3 采煤工程中的巷道掘進(jìn)支護(hù)技術(shù)方案

3.1 巷道頂板支護(hù)技術(shù)

本采煤工程中所采用的錨桿類型為螺紋鋼錨桿，長2.3 m、直徑為0.22 cm，將兩個(gè)相鄰錨桿之間的距離設(shè)置為0.8 m。在安裝錨桿過程中需要用到的設(shè)備構(gòu)件包括：梯形鋼梁，長4.5 m、寬0.8 cm，并對(duì)其進(jìn)行牢固焊接處理；托盤，規(guī)格為1.2 cm×1.2 cm×0.08 cm；菱形的鐵絲網(wǎng)，邊長在0.5 cm左右；型號(hào)為MSZ2360的錨桿對(duì)樹脂錨固劑。在安裝過程中，錨桿要盡量使錨桿與頂板保持垂直，且應(yīng)將傾斜角度控制在合理范圍內(nèi)，并在錨桿安裝工作完成后再對(duì)其進(jìn)行二次預(yù)緊處理，保證最小預(yù)緊值在300 N·m，以保障良好的支護(hù)效果。

本工程所采用的錨索材質(zhì)為高強(qiáng)鋼絞線，長度為5.2 m、直徑為18.7 mm，并采用“2-0-2”的方式對(duì)錨索進(jìn)行布置，即每一排僅安裝2根錨索，將兩個(gè)錨索相鄰之間的距離和兩排錨索之間的距離同樣設(shè)置為2 m。在安裝錨索的過程中，需將其和頂板保持垂直，并利用可調(diào)心托板（其規(guī)格尺寸為0.3 cm×0.3 cm×0.3 cm）和鎖具作為輔助安裝裝置。同時(shí)，采用型號(hào)為MSZ2360、MSK2335的錨固劑，對(duì)每一根錨索進(jìn)行加長錨固處理，在錨固過程中保證最小的張緊力在250 N·m[3]。

3.2 巷道兩幫支護(hù)技術(shù)

巷道兩幫中使用的錨桿規(guī)格尺寸與頂板的間距、排距相同，同時(shí)在安裝過程中所采用的輔助設(shè)備也與頂板相同。需要特別注意的是：最上面錨桿和頂板之間的距離，以及最下面錨桿與底板之間的距離分別為20 cm、40 cm。

4 支護(hù)技術(shù)方案效果

4.1 監(jiān)測結(jié)果

為了監(jiān)測本采煤工程中巷道掘進(jìn)支護(hù)施工技術(shù)的應(yīng)用效果，本工程特意設(shè)置了監(jiān)測點(diǎn)，如圖1所示。這兩個(gè)監(jiān)測點(diǎn)分別布置在斷面1、斷面2的位置，主要是對(duì)頂板圍巖的變形情況進(jìn)行監(jiān)測。斷面1距離巷道開口之間的距離為1.3 km，巷道2距離巷道開口之間的距離為1.8 km，通過“十字交叉連線”的方法實(shí)施監(jiān)測。工作人員可以結(jié)合數(shù)據(jù)變化，對(duì)巷道圍巖的變形情況進(jìn)行掌握。

圖1 本采煤工程的監(jiān)測點(diǎn)布置示意圖

每間隔30 d開展一次測量工作，并做好相關(guān)數(shù)據(jù)的記錄工作，可結(jié)合監(jiān)測方案計(jì)算出每個(gè)監(jiān)測點(diǎn)的頂板、兩幫移近量。

1）頂板監(jiān)測結(jié)果。在對(duì)第一個(gè)30 d的監(jiān)測結(jié)果進(jìn)行分析可知，頂板和底板的移近量基本趨于一個(gè)穩(wěn)定的狀態(tài)，數(shù)值變化幅度較小；在分析第二個(gè)30 d監(jiān)測結(jié)果可知，頂板和底板的移近量數(shù)值變化幅度小，基本已經(jīng)保持穩(wěn)定；第三個(gè)30 d的監(jiān)測數(shù)據(jù)與第二個(gè)30天數(shù)據(jù)相同。在這種穩(wěn)定狀態(tài)下，頂板和底板的最大移近量分別為0.6 cm和0.7 cm。

2）兩幫監(jiān)測結(jié)果。兩幫移近量基本和頂板、底板移近量變化情況相同，第一個(gè)30 d出現(xiàn)小幅度變化，在第二個(gè)30 d和第三個(gè)30 d內(nèi)基本保持穩(wěn)定，在這種情況下，兩幫的最大移近量為0.8 cm。

4.2 支護(hù)結(jié)果

結(jié)合連續(xù)實(shí)施的監(jiān)測結(jié)果可知，巷道圍巖基本保持一個(gè)穩(wěn)定的狀態(tài)。從圍巖變形速率這一方面來說，圍巖變形速率一開始過高，在巷道掘進(jìn)支護(hù)技術(shù)應(yīng)用后，圍巖變形速率逐漸呈下降的趨勢(shì)，直至保持一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)。這一數(shù)值的變化表明了巷道掘進(jìn)支護(hù)施工技術(shù)在本采煤工程中發(fā)揮了一定價(jià)值，在錨桿和錨索的共同作用下，幫助圍巖結(jié)構(gòu)達(dá)到了應(yīng)力平衡分布的狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)了巷道圍巖變形的有效控制。另外，從監(jiān)測點(diǎn)所呈現(xiàn)的最大移近量來看，巷道頂板和兩幫的移近量均控制在合理范圍內(nèi)，不會(huì)發(fā)生變形、坍塌事故。