梨園河煤礦212皮帶下山錨網(wǎng)索噴聯(lián)合支護技術

李 軍

(同煤集團軒崗煤電有限責任公司梨園河煤礦，山西 原平 034100)

0 引言

梨園河煤礦212皮帶下山工作面，屬2號煤層，位于212盤區(qū)212皮帶下山工作面，東側(cè)為原始煤層，西側(cè)為212軌道下山，南側(cè)為原始煤層，北側(cè)為井底車場保護煤柱。212皮帶下山設計1 706.5 m(平距)。梨園河煤礦是低瓦斯礦井，礦井瓦斯絕對涌出量為2.94 m3/min，相對涌出量為0.85 m3/T。該巷道采用局部通風機壓入式通風，煤層自燃傾向等級為Ⅱ類，煤塵有爆炸性。212工作面煤厚為6.28 m，煤層傾角9°～11°，平均10°煤層走向近似東西，向南傾斜，該工作面地質(zhì)構(gòu)造中等，煤層中含有0～1層不穩(wěn)定夾石，夾石多為灰黑色頁巖、泥巖厚度為0～0.6 m，頂?shù)撞棵嘿|(zhì)較好，頂板為粗砂巖，底板為泥巖。

1 巷道布置和巷道凈斷面設計

212皮帶下山從212皮帶下山停掘處以方位180°開口，沿2號煤層底板掘進。212皮帶下山斷面規(guī)格見表1。

表1 巷道斷面尺寸及長度Table 1 Section size and length of roadway

2 設計錨索支護參數(shù)

2.1 錨索支護技術

2號煤層梨園河煤礦212皮帶下山工作面，煤層厚度6.28 m，屬于厚煤層，老頂是粉砂巖厚2.2 m，灰黑色、黑色、粉砂質(zhì)結(jié)構(gòu)，塊狀結(jié)構(gòu)；直接頂粗砂巖厚7.8 m，粗粒砂巖，塊狀結(jié)構(gòu)；直接底是泥巖，厚4.8 m，泥質(zhì)塊狀結(jié)構(gòu)，是為提高巷道支護采用錨網(wǎng)索噴聯(lián)合支護。212皮帶下山工作面掘進時工作面可能會出現(xiàn)破頂、拖底現(xiàn)象。因此要求小孔徑預應力錨索支護用錨索鉆機或錨桿鉆機鉆孔，錨索垂直于頂板或者巷道輪廓線安裝，鋼絞線推到孔底，距巷道底板小于1.8 m時加防護套，錨索施工時對錨索進行檢查，發(fā)現(xiàn)預緊力不足及時進行二次張拉。錨索內(nèi)錨固養(yǎng)護60 min后裝托梁、鎖具使它緊貼頂板。錨索預緊力不小于210 kN，確保錨索預緊力不小于設計規(guī)定，使用錨網(wǎng)索噴聯(lián)合支護技術進行互補協(xié)同支護，從而有效保持圍巖穩(wěn)定和強度，控制巷道變形。

2.2 依據(jù)單體錨桿懸吊作用計算錨桿參數(shù)

2.2.1 頂錨桿長度

L=L1+L2+L3

(1)

式中，L為錨桿長度，m；L1為錨桿外露長度，選0.1 m；L2為潛在冒落頂高度，0.42 m；L3為錨桿錨入穩(wěn)定巖層的深度，選擇1.2 m。計算得L=1.72 m。

L2的取法：取普氏免壓拱高b

式中，B為巷道掘進跨度，選5.2 m；f為巷道頂板的普式巖石的堅硬性系數(shù)，選5；當f≥3時，即L2=0.42。

通過上述公式計算出頂錨桿的長度為1.72 m，故選取錨桿長度2.2 m，符合要求。

2.2.2 頂錨桿直徑

各類錨桿錨固力Q，錨桿桿體承載力P

由P=Q，得

=15 mm

式中，θt為桿體抗拉強度，4.55×108Pa。

2.2.3 錨桿間排距

式中，a為錨桿間距，m；Q為錨桿錨固力，取120 kN；K為安全系數(shù)，取K=1.8；γ為巖體容重，25 kN/m3；L2為錨桿的有效長度，2.1 m。計算得a=1.21 m。

選用規(guī)格為φ20 mm×2 200 mm的螺紋鋼錨桿，頂部錨桿間排距是900 mm×900 mm。

2.3 依據(jù)單體錨索懸吊作用計算錨索支護參數(shù)

2.3.1 錨索長度

L=L1+∑h+L2+L3

式中，L為錨索總長度，m；L1為需要外露的張拉長度，0.25 m；∑h為需要錨固的不穩(wěn)定巖層厚度，4.13 m；L2為錨索錨入到較穩(wěn)定巖層的錨固長度，2 m；L3為錨索托板及鎖具厚度，選0.1 m。計算得L=6.48 m。

2.3.2 錨索間排距的確定

L=nF2/[BHγ-(2F1sinθ)/L1]

式中，L為錨索間距，m；B為巷道最大垮落寬度，5.2 m；H為巷道最大冒落高度，4.13 m；γ為巖體容重，選14 kN/m3；L1為錨桿排距，選0.9 m；F1為錨桿錨固力，選120 kN；F2為錨索極限承載力，選360 kN；θ為錨桿與巷道頂板的最小夾角，選75°；n為錨索排數(shù)，取2。計算得L=2.93 m。

選用φ17.8 mm×7 300 mm的錨索，間排距1 800 mm×1 800 mm符合要求。

錨固劑的選型：錨固劑根據(jù)支護設計所要達到的錨固力選取2卷Z2360和1卷K2335樹脂錨固劑組合錨固。

3 支護參數(shù)的確定

巷道使用“樹脂+加長錨固錨桿+鋼筋網(wǎng)+錨索+噴漿”聯(lián)合支護結(jié)構(gòu)的形式。

3.1 頂板支護

錨桿規(guī)格：桿體采用規(guī)格為φ20 mm×2 200 mm的左旋無縱筋螺紋鋼，桿尾螺紋是MG335，采用滾壓加工工藝成型。

錨固形式：采用加長錨固，1支規(guī)格是K2335(快速)與1支規(guī)格是Z2360(中速)樹脂錨固劑進行錨固。

錨索：錨索規(guī)格為φ17.8 mm×7 300 mm，配套金屬托板規(guī)格為300 mm×300 mm×12 mm的鋼板，鋼板中心眼孔φ20 mm，錨固長度不小于1 m，采用1支規(guī)格為K2335(快速)和2支規(guī)格為Z2360(中速)樹脂藥卷。錨索間排距為1 800 mm×1 800 mm，呈矩形布置。錨索頭部設有樹脂藥卷攪拌頭，尾部配有高強度錨具。

3.2 巷幫支護

錨桿形式：桿體采用φ20 mm×2 200 mm的左旋無縱筋螺紋鋼，桿尾螺紋是M22，采用滾壓加工工藝成型。綜合現(xiàn)場實測和理論計算結(jié)果最終確定，錨桿預緊力矩不小于200 N·m，錨桿抗拉拔力不小于120 kN，錨索破斷強度不小于360 kN，錨索預緊力不小于100 kN，錨索預緊力張拉千斤頂；錨索錨固力不小于300 kN。

使用規(guī)格：使用K2335(快速)的錨固劑1支和規(guī)格是Z2360(中速)的樹脂錨固劑1支加長錨固。

3.3 臨時支護

采用滑移式前探梁，前探梁采用10#槽鋼加工制作，每根梁安裝2個吊環(huán)，每根前探梁長4 m，工作面需吊掛4根前探梁。掘進后，及時把滑移式前探梁前移，前探梁上部空隙地方用木楔與頂板背緊接實。

4 施工工藝

212皮帶下山從212皮帶下山停掘處以方位180°開口，沿2號煤層底板掘進。出矸采用ZWY是120型礦用挖掘式裝載機裝矸配合212皮帶下山安裝的SJJ80/100/2×55皮帶機出煤(矸)，經(jīng)211皮帶下山DTL120/120/2×560 kW帶式輸送機到煤倉，再由煤倉通過5號煤集中膠運和主斜井的DTL140/52/2×400 kW帶式輸送機到地面。

巷道按照地質(zhì)科現(xiàn)場給定腰線施工；結(jié)合212皮帶下山停掘位置煤巖情況，巷道開口處位于2號煤中，巷道采用全段面一次爆破的施工方法進行掘進，支護采用錨網(wǎng)索噴支護形式，使用MQT-120錨桿鉆機進行錨桿、錨索永久支護，幫部支護采用YT-50型風鉆、完成支護工序。每次放炮時，把巷道內(nèi)瓦斯探頭、電纜、照明燈、管路、風筒等用廢舊皮帶保護好，以防放炮崩壞。

5 礦壓觀測

施工過程中，選用LBY-3型頂板離層指示儀，在開口5 m內(nèi)在巷道頂板中部安設1臺，在交岔點、巷道每隔50 m頂板中部安設1臺，頂板離層儀距離觀測50 m觀測頂板離層情況。迎頭距監(jiān)測50 m范圍內(nèi)每天觀測1次，50 m以外每周觀測1次，并建立臺賬。

5.1 觀測內(nèi)容及方法

支護質(zhì)量動態(tài)監(jiān)測、頂板離層量監(jiān)測；巷道位移變形觀測(頂板的下沉量、兩幫相對移近量、底板鼓起量)。

錨桿進行抗拉拔力試驗，頂、幫錨桿抗拉拔力不小于120 kN，錨桿拉拔計(LDZ-300)表盤讀數(shù)為不小于24 MPa。若被查的9根錨桿只要有1根不合格，再抽樣1組，再不符合要求，必須由礦有關領導或部門組織調(diào)查分析不合格的原因，并采取措施進行處理。凡掘進巷道連續(xù)3排支護范圍內(nèi)，存在5處以上頂錨(索)預緊力不達標的，一律停產(chǎn)整頓。

5.2 頂板離層監(jiān)測

頂板離層監(jiān)測儀的布置：施工過程中，選用LBY-3型頂板離層指示儀，在開口5 m內(nèi)在巷道頂板中部安設1臺，在交岔點、巷道每隔50 m頂板中部安設1臺，頂板離層儀距離觀測50 m，頂板離層儀監(jiān)測記錄要與現(xiàn)場監(jiān)測情況一致，并有記錄牌板顯示，牌板應標明安裝日期、初始讀數(shù)、離層數(shù)據(jù)和記錄人觀測頂板離層情況。迎頭距監(jiān)測點50 m范圍內(nèi)每天觀測1次，50 m以外每周觀測1次，并建立臺賬。如圖1所示。

圖1 礦壓觀測頂板離層儀示意Fig.1 Schematic diagram of roof separation instrument for mine pressure observation

巷道位移變形觀測具體方法：①掘進過程中每隔100設一個巷道位移變形監(jiān)點，開始第1點在巷道開口20 m范圍內(nèi)；②在測點處頂及兩幫鉆直徑42 mm、深200 mm垂直圍巖表面的鉆孔，將直徑42 mm、長約300 mm的木樁打人孔內(nèi)，木樁端部安設平頭測釘，作為測量基點監(jiān)測頂板的下沉量、兩幫相對移進量、底板鼓起量；③迎頭距監(jiān)測點100 m范圍內(nèi)每天觀測一次，100 m以外每周觀測一次，并建立臺賬；④當巷道發(fā)生位移量超過100 mm時，向礦生產(chǎn)科匯報，制定相關補強措施及時處理。如圖2所示。

圖2 巷道位移變形監(jiān)測示意Fig.2 Schematic diagram of roadway displacement and deformation monitoring

6 結(jié)論

錨網(wǎng)支護與傳統(tǒng)的被動型的支架支護有所不同，錨網(wǎng)支護是主動型的支護，對圍巖進行加固，在圍巖內(nèi)部做成擠壓加固梁，同時加打錨索降低圍巖變形量，提升巷道的強度、穩(wěn)定性和安全性。錨桿支護、錨索加固補強，可以有效阻止頂板巖石沉降離層，減小巷道斷面收縮量，提升巷道頂板安全；錨網(wǎng)索支護采用一掘一錨的形式，提升工作效率，杜絕臨時支護，增加工人的工作時間，有效減輕工人的勞動強度；錨網(wǎng)支護有效降低支護成本，提高施工效果，使巷道頂板的安全性明顯提高，牢固性得到實現(xiàn)，在巷道中使用錨網(wǎng)索噴聯(lián)合支護技術是切實可行的，在實際工作中要根據(jù)具體情況實時調(diào)整錨桿和錨索參數(shù)，確保達到最優(yōu)的支護效果。