王坪煤礦2309 巷構造帶圍巖控制技術

張睿偉

（晉能控股朔州煤電公司，山西 朔州 038300）

煤礦生產施工中經常發生冒頂片幫等頂板事故，損失不容忽視[1-3]。礦井在采掘過程中遇到斷層、褶曲或陷落柱等地質構造，由于應力場復雜，礦壓不穩定，導致原本支護措施受破壞或者失效，很容易釀成事故，制定針對性的支護方案非常必要[4-7]。

1 概況

晉能集團朔州煤電王坪煤礦位于大同煤田中部的東緣，地表大部為第四系黃土覆蓋，僅部分溝坡處出露有石炭系太原組和二疊系山西組、上、下石盒子組地層。地層產狀較平緩，傾角在3°～14°之間，一般為5°～8°。井田內主體構造為兩條與大同向斜軸平行的次級褶曲—小峪向斜和小峪背斜。井田內共發現5 m 及以上斷層47 條，其中10 m 以上斷層14 條。受區域構造影響，構造以斷裂為主，斷層較發育，且多以張扭性正斷層為主，集中發育在向、背斜軸部，即“先扭后張”。此外，井田內還發育陷落柱8 處和火成巖巖脈15 條。

303 盤區2309 掘進工作面在掘進過程中主要受輝綠巖墻及斷層影響，掘進至1569 m 處時，揭露一條H=4.3 m 正斷層。接近斷層附近，煤巖層出現傾角增大、裂隙發育，多處局部下沉，錨索預應力衰減，錨桿、錨索支護失效現象嚴重，巷道出現了離層、變形、破碎并伴隨著局部冒頂現象。為確保巷道圍巖完整和掘進安全，需要進行必要的補強支護。

2 圍巖控制措施

303 盤區2309 巷掘進工作面采用錨固劑+錨桿+鋼帶+錨索聯合支護進行補強。

2.1 錨固劑

錨固劑選擇及三徑配比情況見表1，均采用加長錨固。

表1 錨固劑選擇方案

安裝樹脂藥前需要設計好安裝的數量和順序，然后將樹脂錨固劑按要求置于錨桿（索）孔中。用專用連接套將樹脂藥卷和錨桿頂端連接好，緩緩送入鉆孔內部，直至孔的底部。為保證其充分發揮作用，需不停轉動錨桿均勻攪拌藥劑20 s 左右。

2.2 錨桿、錨索選擇

1）頂錨桿：鋼材型號MG400，由左旋無縱筋螺紋鋼加工而成，長度2200 mm，直徑20 mm，工藝為等強加工；保證尾部螺紋的破斷力達到桿體整體破斷力的90%以上，工藝為滾絲加工。303 盤區2309 巷外帶規格為5100 mm×220 mm×3 mm的鋼帶和規格為110 mm×110 mm×10 mm 的鋼托盤；303 盤區2309 巷回風聯絡巷外帶規格為3500 mm×220 mm×3 mm 的鋼帶和規格為110 mm×110 mm×10 mm 的鋼托盤；303 盤區2309 巷運料聯絡巷外帶規格為4100 mm×220 mm×3 mm 的鋼帶和規格為110 mm×110 mm×10 mm 的鋼托盤。頂錨桿試驗錨固力＞112.5 kN，設計預緊力矩＞250 N·m，錨桿鉆孔垂直頂板打設。

2）幫錨桿：鋼材型號MG335，長度2000 mm，直徑18 mm，桿體和尾部加工工藝以及破斷力同頂錨桿。外帶規格為250 mm×250 mm×10 mm 的鋼托盤。幫錨桿試驗錨固力＞76.5 kN，設計預緊力矩＞150 N·m，幫錨桿鉆孔垂直巷幫打設。

3）錨索：選用1×7 結構，公稱直徑為17.8 mm，拉斷載荷為355 kN，伸長率為4%，錨具極限拉力≥342 kN。錨索外帶鋼托盤（Q235 型鋼材）規格為250 mm×250 mm×16 mm，屈服強度為235 MPa，伸長率不大于26%。錨索試驗錨固力＞285 kN，設計預緊力＞180 kN，錨索鉆孔垂直頂板打設。

鉆孔前根據規定的間、排距標好位置，根據規定的孔深、角度進行鉆孔。鉆孔鉆好后，用錨桿將錨固劑送至鉆孔底部，密實，連接好手持氣動式風鉆攪拌35～40 s，取下鉆機和連接套，待凝固3 min后上好鋼托盤、擰上螺帽，再用風動扳手擰緊螺帽，然后用力矩扳手進行檢查是否合格。

4）金屬網：選用鍍鋅鐵絲編織的菱形網，網孔規格50 mm×50 mm，長度6500 mm，寬度1400 mm，每米使用1.5 卷。

巷道鋪設幫網前先支設幫錨桿，然后由外向里展開幫網，最后安設幫錨桿鋼托盤。網與網必須搭接牢固，壓茬連接，壓茬長度為200 mm，每隔200 mm 用14#鐵絲扭結2 股，雙絲雙扣，綁扎牢固，綁死扭結不少于3 圈，扭結接頭為雙排。做到錨網必須貼緊巖面，不得出現網兜，錨桿托板必須將網壓緊、壓平。

2.3 支護設計

1）頂板支護。采用錨桿、錨索、金屬網聯合支護，如圖1、圖2。頂板支護選用型號為MG400 的左旋無縱徑螺紋鋼錨桿，錨桿長度2200 mm，直徑20 mm，間、排距950 mm×1200 mm，設計預緊力矩＞250 N·m，垂直頂板打設。開口往里0～435.66 m 擴幫、起底段，錨桿外帶規格為250 mm×250 mm×10 mm 的鋼托板；開口往里435.66～2 273.41 m段，頂錨桿外帶規格為5100 mm×220 mm×3 mm的鋼帶和規格為110 mm×110 mm×10 mm 的鋼托盤。頂錨索根據頂煤厚度選擇不同長度的1×7 的高強度低松弛預應力鋼絞線，直徑為17.8 mm，設計預緊力＞180 kN，采用五花布置，垂直頂板打設。第一排2 根，第二排3 根，間排距為1500 mm×2400 mm。當頂煤厚度小于2 m 時，選用4200 mm 錨索；當頂煤厚度在2～4 m 之間時，選用5200 mm 錨索；當頂煤厚度達到4 m 時，選用6200 mm 錨索。外帶鐵托板規格為250 mm×250 mm×16 mm，并鋪設鍍鋅鐵絲編織的菱形網，網孔規格50 mm×50 mm，長度為6500 mm，寬度為1400 mm。

圖1 2309 巷補強支護平面圖（mm）

圖2 2309 巷補強支護斷面圖（mm）

2）兩幫支護。采用MG335 的左旋無縱徑螺紋鋼錨桿，長度2000 mm，直徑18 mm，間、排距1000 mm×1500 mm，設計預緊力矩＞150 N·m，垂直巷幫打設。兩幫上排錨桿距頂板為400 mm，外帶規格為250 mm×250 mm×10 mm 的鋼托盤，并鋪設鍍鋅鐵絲編織的菱形網，網孔規格50 mm×50 mm，長度為6500 mm，寬度為1400 mm。如圖3。

圖3 2309 巷擴幫支護平面圖（mm）

2.4 支護強度驗算

按單體錨桿懸吊理論計算可得到結果見表2。

表2 支護設計驗算取值

由表2 可見，通過對比理論計算值，補強支護實際所選擇的參數，均滿足支護要求。

3 結論

王坪煤礦2309 巷接近斷層、褶曲或陷落柱時，支護失效、巷道變形，制定針對性聯合補強支護方案，提高圍巖穩定性，后期生產中有效地增加工作面圍巖穩定性，頂板變形、下沉以及與底板的相對移近量減少，頂板事故明顯減少，保證礦井安全生產。