箭竹坪煤礦支護方式選擇與運用分析

鐘權偉

（漳平市箭竹坪礦業投資有限責任公司 福建漳平 364416）

1 概況

1.1 礦井概況

箭竹坪煤礦位于漳平市城區230°方位，直線距離18 km，行政區劃屬漳平市拱橋鎮管轄，礦區面積8.128 9 km2。箭竹坪礦區位于龍永煤田北東部邊緣，龍永煤田漳平—龍巖復式向斜構造東翼。總體構造為一軸向南北向的向斜構造。主要含煤地層位于二疊系童子巖組第三段下亞段及中亞段和童子巖組第一段地層，其中，童子巖組第三段主要煤層集中分布在Ⅲ3標志層底界至Ⅲ1標志層底界之間［1］。區內主要可采煤層為童子巖組第三段的21、22、28、28下、29 和第一段31、39 等7 煤層，保有資源儲量（332+333）1 538.3 萬t，其中（332）554.0 萬t、（333）984.3 萬t，設計可采儲量1 061.7 萬t，設計生產能力30 萬t/a，服務年限25.3 a。目前礦井處于基建階段，采用平硐開拓方式分區下山開采，投產采區為一采區和二采區，設計采用普通機械化采煤。

1.2 礦區地質特征

（1）巖組特征。根據《福建省漳平市箭竹坪礦區煤礦資源量分算及擬擴大部分補充勘查地質報告》（閩國土資儲評字〔2014〕54 號），圍巖巖體主要由下二疊統棲霞組、文筆山組、童子巖組、上二疊統翠屏山組、下三疊統溪口組的細砂巖、泥質砂巖、砂質泥巖、泥巖、石灰巖等組成，局部見堅硬塊狀結構的輝綠巖，圍巖巖體一般節理裂隙不發育，近于塊狀，穩定性較好，屬堅硬—半堅硬層狀結構巖層，穩固性較好，巖體質量較好，不會出現復雜的工程地質問題［1］。

（2）礦區可采煤層頂底板巖性特征。礦區內主采煤層第三段中的21、22、28、28下、29、31 煤層及第一段中的39、41 煤頂板多為砂質泥巖、泥質砂巖或泥巖，裂隙不發育。間接頂板逐漸由細變粗為泥質砂巖，發育水平—緩波狀層理，底板多為泥質砂巖或細砂巖，巖石較致密堅硬，裂隙不發育［1］。

2 礦井圍巖揭露情況

2.1 地層揭露情況

隨著礦井建設井巷工程的不斷推進，現主要揭露地層為童子巖組第三段地層、第一段含煤地層及童子巖組第二段泥巖地層。圍巖巖體一般節理裂隙不發育，近于塊狀，穩定性較好，屬堅硬—半堅硬層狀結構巖層，穩固性較好，巖體質量較好，童子巖組巖石質量等級表見表1［1］。

表1 童子巖組巖石質量等級表

2.2 煤層頂底板揭露情況

目前，礦井已揭露的28# 煤層頂板主要以薄層狀砂質泥巖為主，局部相變為細砂巖，頂板植物粗大莖片、單網羊齒、蕉羊齒等植物葉片化石明顯；底板主要以灰白色中厚層狀細砂巖為主，局部含砂質泥巖偽底，底板植物根莖化石明顯。22# 煤層頂板主要以薄層狀砂質泥巖為主，底板為薄層狀砂質泥巖，間接底板為薄層狀細砂巖，為22# 煤層的主要標志特征，頂、底板植物化石稀少。

礦區內現已揭露的地層、煤層頂底板情況均較正常。但由于礦區內構造較發育，局部地段受斷層、褶曲和巖漿巖脈的影響，特別是在近斷層褶曲部位，頂底板巖石節理裂隙發育，巖石較破碎，局部巖體質量較差，易產生冒頂、垮幫等現象，同時局部地段存在較弱夾層，在礦井開拓過程中，應選擇合理的支護方式，加強這些不良工程地質部位和地段的支護管理工作，防止冒頂、垮幫等現象和事故的發生。根據鉆孔資料及巷道實際揭露各主采煤層頂底板破碎情況詳見表2［1］。

表2 主采煤層頂底板破碎情況表

3 礦井支護方式運用與對比

3.1 現有巷道支護方式

根據礦區地質構造特征及圍巖揭露情況，可以看出礦區內圍巖總體穩定性較好，裂隙不發育，但在局部構造復雜地段巖石較破碎、裂隙增多而易出現垮幫冒頂現象。現階段礦井主要采用了3種支護方式（其斷面規格及支護方式均符合《煤礦安全規程》規定）：金屬支護（9# 工字鋼）、噴漿（樹脂錨桿噴漿）支護、砌碹支護。

（1）在用巷道支護方式使用情況。①二采區+180m（22）S運巷中段圍巖破碎易風化脫層，經過現場論證及分析，礦井采用9# 工字鋼金屬支護（S=6.5 m2）、圓木及腰板過頂背幫。自2020 年10 月份支護至今，未出現明顯來壓及巷道支架變形等現象，支護情況完好且符合規程要求。金屬架棚支護（S=6.5 m2）設計斷面圖見圖1。

②二采區+283 m-+380 m 回風上山總體圍巖穩定性較好，經過現場論證及分析，礦井采用噴漿永久支護（S=5.7 m2）。自2019 年5 月份噴漿支護至今，未出現風化脫層、掉矸等現象，支護情況完好且符合規程要求。噴漿支護（S=5.7 m2）設計斷面圖見圖2。

圖2 噴漿支護

③一采區+283 m-+90 m 軌道下山中段圍巖正常但局部易風化脫層巷道，經過現場論證及分析，對局部易風化脫層巷道采用樹脂錨桿噴漿永久支護（S=5.7 m2）。自2020 年3 月份永久支護至今，未出現風化脫層、掉矸等現象，支護情況完好且符合規程要求。樹脂錨桿噴漿支護（S=5.7 m2）設計斷面圖見圖3。

圖3 樹脂錨桿支護

④二采區+283 m 聯絡巷斜穿F7大斷層，位于車場交岔點附近，圍巖破碎且來壓明顯。經過現場論證及分析，采用砌碹永久支護（S=5.7 m2）。自2019 年11 月份砌碹永久支護至今，雖受F7大斷層影響但僅出現局部開裂現象，支護情況總體完好且符合規程要求。砌碹支護（S=5.7 m2）設計斷面圖見圖4。

圖4 砌碹支護

（2）支護方式運用情況綜合分析見表3。

表3 支護方式運用情況綜合分析

3.2 支護方式比較

具體見表4。

表4 支護方式比較

綜上所述，在箭竹坪礦區圍巖破碎易風化脫層巷道及沿煤巷道適合采用金屬支護；圍巖穩定及局部易脫層巷道適合采用噴漿（樹脂錨桿噴漿）支護；圍巖較破碎且來壓明顯巷道適合采用砌碹支護。在綜合考慮施工工序、適用范圍、經濟成本、施工安全及礦井地質構造條件的基礎上，經對比，噴漿（樹脂錨桿）支護可作為該礦主要巷道的首選支護方式。

4 噴漿（樹脂錨桿噴漿）支護施工工藝

4.1 噴漿支護施工工藝

（1）材料準備。①水泥：325# 普通硅酸鹽水泥。嚴禁使用過期受潮結塊的水泥。②骨料：采用堅硬的中砂或粗砂，使用前應過篩。③水：要干凈、無雜物，污水和酸性水不允許使用。④速凝劑：要按出廠說明書和水泥性質配合使用，摻量一般為水泥重量的2.5%～4.0%，要求在5 min 內初凝，10 min 內終凝。速凝劑的存放要保持干燥，不得破包，以防受潮。

（2）配料。水泥∶砂=1∶2.5（重量比），水灰比0.5；隨拌料隨噴，拌好的潮料不得放2 h 以上。

（3）拌料噴漿。噴漿前必須用水充分沖洗巖面后才能噴射，對影響噴射作業的障礙物必須清理，對不能拆除的設備、纜線要加以保護。作業開始時，潮料噴射機，應先給風，再開電動機，然后給水，最后給料（給料過程中添加速凝劑）；向噴射機中加料，要過篩，要保持連續和均勻。機械正常運轉時，料斗內保持足夠的存料；結束時先停料，待料用完后停電動機，最后關閉風、水閥門。

4.2 樹脂錨桿噴漿支護施工工藝

（1）準備工作。打眼前，必須先認真執行敲幫問頂制度，將活矸先行處理掉，確認安全后，仔細觀察圍巖情況，選擇與層理盡量垂直的方向打眼。

（2）打眼。采用ZY28 風鉆配Ф32 mm的鉆頭打眼，眼打完后必須將眼炮吹干凈。

（3）加注錨固劑。根據設計錨固長度，用錨桿機旋轉螺紋鋼錨桿（30±5）s 將Z2335 樹脂錨固劑勻速推進至孔底。

（4）固定。卸下錨桿機后，及時在孔口將桿體固定，固化前不要使桿體移位或晃動。

（5）掛網上托板。固定后將12# 鐵絲網對拉平直并用托盤固定貼幫懸掛于錨桿之間，然后采用手動板手旋緊螺母后即可，使半圓形螺紋鋼錨桿、樹脂錨固劑、托板、螺母連成一體，形成安全有效的錨固力。

（6）壓力檢測。樹脂錨桿安裝后要進行錨固力檢查，當班1 h～2 h 后，檢查初錨力達不到5 t 以上要求的必須補打抽測。班組和專職礦壓人員檢測結果，必須作好原始記錄。

（7）錨桿機使用結束后，各種操作開處于關閉狀態，清理干凈后，搬離安裝地點。放置位置要正確，嚴禁炮崩、亂摔、亂砸，并按要求檢修好錨桿機。

（8）樹脂錨桿安裝1 d～2 d 后，要進行檢查。發現托板松動時，必須用扳手及時擰緊螺帽，發現失效錨桿要及時補打。

（9）噴漿（按4.1 噴漿支護工藝流程施工）。

5 結語

從礦井實際施工及效果發現，噴漿（樹脂錨桿噴漿）支護不僅工序簡單、節省坑木消耗，降低巷道掘進成巷施工成本，且適用范圍廣、成巷后標準美觀、服務時間長，可作為礦井的首選支護方式。