急傾斜厚煤層分層開采頂板巷支護設計

李冠一

摘要：本文就某使用急傾斜厚煤層分層開采項目，針對頂板巷道的地質情況，使用掃描電鏡以及X射線等方式對巷道圍巖構造性質等有具體了解，隨后借助FLAC技術進行模擬分析，最終確定了相對合理的錨網索聯合支護措施，經過現場實際驗證，此次設計的巷道支護設計方案可以大大規避圍巖變形問題，確保現場開采工作順利進行，充分證明了該支護方案的可靠性以及有效性。

關鍵詞：急傾斜厚煤層;支護;分層開采

1.項目概況分析

該礦井是典型的低瓦斯礦井類型，其中煤層等并不存在爆炸性危險。經過探測，其中煤層機構相對復雜且并不穩定，水文地質條件也比較簡單，含有少量裂隙水情況，但不會影響生產。頂板主要為含碳以及不含碳的粉砂巖、泥巖等為主，部分為礫巖，存在礫粗砂巖與細砂巖等。底板主要為炭質泥巖以及不含碳的細粉、粗粉砂巖與互層為主，局部為中粒砂巖以及細晶巖。此次主要采用水平分層懸移支架頂煤的方式進行開采，爆破落煤。現場實際采高約為2米，放頂煤高度約為6米左右。

2.支護方案探討

2.1頂板巖性探測

首先利用X射線技術對頂板的巖石進行衍射分析，從而得到煤頂板的礦物成分含量分布情況。結果表明，該煤頂板的主要成分為伊利石以及高嶺石與綠泥石等。相較于其它礦物成分，伊利石的含量最高，屬于常見的膨脹性軟巖，具有特殊的遇水膨脹效果。隨后，利用電鏡技術進行微觀結構的探測，結果顯示該項目部分巷道的圍巖主要由軟弱、破碎的膨脹性軟巖組成。

2.2支護方案研究

依據實際所探測到的改巷道地質條件情況，并集合變形力學現骨干原理，參照逐步轉化復合型變形力學原理為單一型變形力學機制的設計模式，確定最終頂板巷的支護形式，即錨網索與高強度鋼帶配合支護。實際巷道毛斷面設計規格為2600*2600mm，凈斷面實際規格為2400*2500mm。

依據不同的支護位置，實際所需要選用的支護錨桿規格也各不相同：煤幫部錨桿主要采用直徑20毫米左右的無縱筋高強度螺紋鋼錨桿，長度約為2.4米，間排距設計為750*800毫米，使用CK2850以及CK2350作為錨桿的錨固劑，實際錨桿的預緊力應當不低于8噸;針對頂板錨桿主要采用直徑為20毫米的左旋無縱筋高強度螺紋鋼錨桿為主，長度約為2.4米，間排距為750*800毫米，使用CK2850以及CK2350作為主要錨固劑，設計錨桿預緊力應當不低于8噸;而針對巖幫部的錨桿則可以選擇直接為18毫米的樹脂錨桿即可，長度約為2米，間排距可以適當增至850*800毫米，同樣以CK2850以及CK2350作為主要錨固劑，設計錨桿預緊力應當不低于8噸。對于頂以及煤幫的錨桿主要使用蝶形鋼托盤作為主要托盤，尺寸設計為150*150*10毫米即可，而對于巖幫的錨桿則主要選擇200*300*50毫米的水泥托盤即可。

對于頂部以及煤幫部的使用直接為6毫米的冷拔鋼筋制成的經緯網即可，規格以1800*1000毫米為宜，網格的大小應當不高于60*60毫米，所有的網需要使用壓茬進行可靠連接，搭接長度應當不低于100毫米。除此之外，相鄰的兩塊網之間應當使用12號鐵絲進行可靠固定連接，連接位置應當分布均勻，間距設計不高于400毫米為宜。在巖幫位置則采用直徑為6毫米的冷拔鋼筋所制成的經緯網，規格以1800*1000毫米為宜，網格的大小可以100*100毫米，此外相鄰的兩塊網壓茬應當不低于100毫米，并使用12號鐵絲進行有效固定，相鄰的兩個鏈接位置之間的間距也應當不高于400毫米，且均勻分布。此次所選用的鋼帶，不同使用場合鋼帶質量規格要求也各不相同。在頂部位置主要采用BHW270-275W型鋼帶，展寬需要達到300毫米，成型后的寬度應當不低于270毫米，板材的厚度設計為2.75毫米，長度為2.5米。而在煤幫為主則主要采用鋼筋梯的方式，破碎段選擇BHW270-275W型鋼帶。讓壓管是一個典型的含有一定的塑性的塑料套管，一般安裝在螺母與托盤之間。由于煤幫錨桿由于動壓的存在可能會發生一定的形變，為了保障幫錨桿可以有效管控煤幫的形變，此次對于所有煤幫錨桿均安裝了該讓壓管。

此次使用直接大小為15.24毫米、長度為6米的錨索，外漏長度約為300毫米。錨索的托盤選擇20號的槽鋼，規格為400*2200*80毫米，中間加焊的規格為200*150*10毫米，鋼板中心眼孔設計直徑為16.5毫米。相關錨索選擇CK2350型錨固劑，內部采用K2350型樹脂藥卷。錨索的頂緊力設計應當不低于15噸。錨索垂直巷道頂部進行布置，實際錨索排距應當為1600毫米，每排設置1根。具體設計斷面示意圖如下所示：

3.施工流程分析

首先，依據設計毛斷面對巷道進行進一步的深入掘進，并確保其成型完好;在架設開始前務必對探梁等進行臨時可靠支護;其次，緊隨著進行迎頭掛網，擺好鋼帶、緊隨迎頭進行頂部錨桿眼的布置、將頂部錨桿安裝完畢、布置好幫部的鋼筋梯、在幫部打錨桿眼、將幫部錨桿以及讓壓桿等可靠安裝完畢;最后，打錨索眼，隨后可靠安裝錨索，對安裝完畢后的錨索進行張拉操作，從而增加錨索的預緊力。在整個的施工作業過程中，其中一些施工流程可以依據現場實際條件進行平行作業，從而進一步加快整個工作進度。

4.支護效果分析

使用礦壓監測的方式對設計支護方案效果進行科學分析。所涉及的設備包括測力錨桿、錨索測力計和智能數字應變儀等。通過對各個設備的測試數據記錄分析，在回采之前基于測力錨桿以及錨索測力裝置實時監測數據反饋，測力錨桿以及錨索測力計的數據顯示相對穩定，說明在這段時間內，礦壓處于相對穩定的狀態;而當開始回采時，由于回采的影響，礦壓瞬間增加，就監測結果分析，監測到的數據出現明顯的變化，且隨著煤回采的進行，監測的數據也在緩慢增加。說明此次支護方案設計相對科學合理，可以起到較好的支護效果，滿足現場使用需求。

5.結束語

近些年隨著我國社會經濟的快速發展，對煤礦等資源的需求越來越大。而煤礦開采問題一直以來是社會高度關注的話題之一。急傾斜厚煤層分層開采頂板巷支護工程是煤礦開采經常遇到的問題，一旦設計不合理極有可能造成嚴重的安全隱患。本文依據具體案例，首先利用X射線衍射以及掃描電鏡SEM微觀結構分析技術對巷道周邊的圍巖情況等進行全面分析，隨后利用FLAC數據模擬技術，從而制定了相對科學合理的支護方案。經過工程實際的驗證，結果表明此次所涉及的支護方案可靠性較高，可以大大控制圍巖形變情況，確保日常生產的正常進行。未來隨著煤礦開采難度越來越大，對于相關單位務必關注煤礦開采安全問題，依據工程現場實際地質條件等綜合因素，提供更為科學以及可靠的設計方案，務必保障現場作業的安全性。

參考文獻

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