鮑店煤礦103下03工作面沿空掘巷支護(hù)技術(shù)研究與應(yīng)用

朱 敬 曲延倫

（1.兗州煤業(yè)股份有限公司鮑店煤礦，山東省鄒城市，273513；2.兗礦集團(tuán)生產(chǎn)技術(shù)部，山東省鄒城市，273500）

鮑店煤礦103下03工作面位于十采區(qū)北部，是十采區(qū)3下煤層第三個(gè)區(qū)段的工作面，東起103下03切眼，西至設(shè)計(jì)停采線，北鄰回采完的103下02工作面，南與尚未開采的103下04工作面相鄰（103上01、103上02、103上03、103上04、103下01、103下02工作面均已回采完畢）。該工作面上部為已回采完畢的103上03工作面。由于103下02工作面回采結(jié)束的時(shí)間較短，采空區(qū)處于壓力未穩(wěn)定期內(nèi)，沿空掘巷勢(shì)必受到動(dòng)壓影響，巷道會(huì)出現(xiàn)不同程度的破壞和變形，影響行人、運(yùn)輸和通風(fēng)安全。例如103下02工作面沿空施工巷道時(shí)壓力較大，至工作面回采時(shí)巷道縮進(jìn)量已達(dá)到2.5m。為確保該巷道安全施工及有效地控制巷道變形，我們采取加強(qiáng)支護(hù)措施，其效果顯著。

1 概述

山西組3下煤層，厚度3.00～3.47 m，平均3.26m，黑色，暗煤為主，夾鏡煤及絲炭條帶或薄層，性脆易碎，硬度f(wàn)＝3.1；預(yù)計(jì)工作面內(nèi)局部發(fā)育有硬質(zhì)煤體，最大厚度1.6m。工作面內(nèi)煤層產(chǎn)狀變化較大，總體趨勢(shì)為西高東低；工作面中西部較平緩；受兗州向斜影響，東部煤層傾角較大。十采區(qū)3下煤層與3上煤層之間的層間距平均厚約11.91m左右。該工作面范圍內(nèi)情況如下：

煤層偽頂不發(fā)育。

煤層直接頂為粉砂巖，厚度0.48～2.82 m，平均1.62 m，深灰色，致密較堅(jiān)硬，泥質(zhì)膠結(jié)，裂隙較發(fā)育，比較破碎，硬度f(wàn)＝4～6。

煤層老頂為中砂巖、粉細(xì)砂巖互層，厚度6.35～12.50m，平均9.67m；中砂巖，灰白色，成分主要為石英長(zhǎng)石，泥鈣質(zhì)膠結(jié)，堅(jiān)硬致密，硬度f(wàn)＝8～10；粉細(xì)砂巖互層，灰－灰白色，成分以石英長(zhǎng)石為主，含少量黑色礦物，斜層理和波狀層理發(fā)育，硬度f(wàn)＝8。

煤層直接底為粉砂巖，厚度0.15～3.11 m，平均1.01m，深灰色，主要成分為石英，次之為長(zhǎng)石，泥質(zhì)膠結(jié)，致密堅(jiān)硬，硬度f(wàn)＝4～6，富含植物根部化石。

煤層老底為粉細(xì)砂巖互層，厚度11.48～13.17m，平均12.20 m，灰色，以細(xì)砂巖為主，夾粉砂巖條帶，水平層理發(fā)育，泥鈣質(zhì)膠結(jié)，成分以石英長(zhǎng)石為主，致密堅(jiān)硬，硬度f(wàn)＝6～8。

回采完的103下02工作面，位于103上02工作面下方，工作面軌道巷沿103下01采空區(qū)施工，受其動(dòng)壓影響，自掘進(jìn)開始巷道即開始變形，直至回采時(shí)變形量已經(jīng)達(dá)到2.5m，嚴(yán)重影響巷道的通風(fēng)、行人及運(yùn)輸。巷道支護(hù)采用錨網(wǎng)錨索支護(hù)，錨索僅在頂板布置，每隔一排在巷道中部位置施工一根錨索，幫部各施工4根錨桿。鑒于103下02工作面沿空巷道施工的情況，我們必須改變?cè)械闹ёo(hù)方案，進(jìn)一步加強(qiáng)頂板及兩幫支護(hù)強(qiáng)度，以有效地控制巷道變形量。為加強(qiáng)103下03沿空側(cè)軌道巷圍巖的支承能力和支護(hù)強(qiáng)度，初步擬定支護(hù)方案為：兩幫均施工錨索，且沿空側(cè)幫補(bǔ)施工注漿錨索，頂部加密錨索施工密度。

2 支護(hù)方案及參數(shù)

2.1 支護(hù)方案

初期，103下03軌道巷頂部施工6根錨桿，兩幫各施工4根錨桿，頂部錨桿間排距為800mm×900 mm，不布置錨索時(shí)為800（400）mm×900mm（±50 mm），布置錨索時(shí)為沿空側(cè)800（1200）mm×900 mm、非沿空側(cè)800（400、1600）mm×900mm。為加強(qiáng)103下03軌道巷幫部支護(hù)，施工至103下02工作面停采線位置后施工幫部錨索。沿空側(cè)幫部每隔2排施工1根3.5m長(zhǎng)錨索，排距為2700mm，錨索布置在幫部肩窩下第1根錨桿位置，用錨索代替錨桿加強(qiáng)支護(hù)，與水平方向成25°仰角；幫部肩窩下第4根錨桿選用直徑22 mm、長(zhǎng)度2000mm的等強(qiáng)度螺紋鋼錨桿，與水平方向成30°俯角。非沿空側(cè)幫部（南幫），每隔2排施工2根5m長(zhǎng)錨索，水平布置，間排距為1200 mm×2700mm，第1根錨索布置在幫部肩窩下第1根錨桿與第2根錨桿中間位置，第2根錨索布置在幫部肩窩下第3根錨桿位置，用錨索代替錨桿加強(qiáng)支護(hù)。巷道支護(hù)斷面見(jiàn)圖1。

掘進(jìn)工作面推進(jìn)100m后，再對(duì)后部巷道沿空幫部采用新型注漿錨索支護(hù)，長(zhǎng)度2500 mm，錨索間排距1200mm×1500mm，在兩排錨桿之間施工，并及時(shí)注漿。幫部支護(hù)示意圖見(jiàn)圖2。

2.2 支護(hù)材料

（1）錨桿。頂部采用桿體型號(hào)為MSGLW—500、規(guī)格為MLⅣ22／2400Q／YZK 031型錨桿進(jìn)行錨固。兩幫采用桿體型號(hào)為MSGLW—500、規(guī)格為MLⅣ20／2000Q／YZK 031型錨桿進(jìn)行錨固（103下03軌道巷北幫肩窩下第4根錨桿采用桿體型號(hào)為MSGLW—500、規(guī)格為MLⅣ22／2000Q／YZK 031型錨桿進(jìn)行錨固）。

（2）托盤。托盤規(guī)格尺寸不小于100 mm×100mm×10mm，其承載力應(yīng)不小于桿體屈服載荷。

（3）頂部鋼帶。頂部布置GDⅡT 140／20Q／YZK 034鋼帶，鋼帶垂直中心線，為增加錨桿孔處的強(qiáng)度，錨桿另加托盤。

（4）金屬網(wǎng)。采用LW 40／3－S Z－1×7.5（3）Q／YZK 037菱形網(wǎng)。頂部滿背，兩幫鋪至幫部最下一根錨桿。金屬網(wǎng)搭接不少于50mm，搭接牢固，每隔150mm（±50mm）聯(lián)一扣，每扣擰夠3圈，扣扣相連，無(wú)網(wǎng)兜。

（5）鋼筋梯。103下03軌道巷幫部布置GT 12／3300Q／YZK 035鋼筋梯，兩幫呈“︱”字型布置，加工材質(zhì)采用? 12mm的鋼筋加工，連接壓茬牢固，緊貼壁面。

圖1 巷道支護(hù)斷面圖

圖2 幫部支護(hù)示意圖

（6）錨索。頂部采用桿體型號(hào)為SKP 22－1／1700、規(guī)格為S K 22／5－1700Q／YZK 078錨索，幫部采用桿體型號(hào)為SKP 22－1／1700、規(guī)格為S K 22／5（3.5）－1700Q／YZK 078錨索。如地質(zhì)情況出現(xiàn)變化，要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況調(diào)整錨索長(zhǎng)度。5m長(zhǎng)錨索錨固端采用2卷型號(hào)為MSCK 25／60Q／YZK 033樹脂錨固劑進(jìn)行錨固，3.5m長(zhǎng)錨索錨固端采用1卷型號(hào)為MSCK 25／60Q／YZK 033樹脂錨固劑進(jìn)行錨固。錨索用的托盤為矩形，采用Q 235 A、抗拉強(qiáng)度375MP a及其以上、厚度為20 mm的普通碳素鋼板加工，托盤中心孔直徑比鋼絞線直徑應(yīng)大2mm，規(guī)格為220mm×220mm。無(wú)論采用何種形式和材料的托盤，其承載力應(yīng)與錨索極限載荷相匹配。

沿空幫部注漿錨索，采用? 22mm×2500mm、螺旋肋鋼絲樹脂端錨螺旋鎖緊中空注漿錨索，強(qiáng)度級(jí)別為1860MP a，單股破斷載荷不低于250k N。

3 注漿錨索應(yīng)用機(jī)理

圍巖使用注漿錨索加固是一種改善圍巖結(jié)構(gòu)及其力學(xué)性質(zhì)、提高圍巖自撐能力、降低支護(hù)成本、緩解巷道頂幫及底板壓力、改善巷道支護(hù)效果進(jìn)行超前支護(hù)的有效方法。新型注漿錨索應(yīng)用機(jī)理有：

（1）水泥漿液把圍巖和各種弱面充實(shí)，并把弱面和四周巖體重新膠結(jié)起來(lái)。

（2）注漿錨索先用專用錨索攪拌頭，進(jìn)行錨索端錨，然后采用注漿實(shí)現(xiàn)全長(zhǎng)錨固，將其錨固范圍內(nèi)的巖層用雙股高強(qiáng)度籠形注漿端錨錨索加固并施加一定預(yù)應(yīng)力，在錨索的壓應(yīng)力作用下，其錨固范圍內(nèi)的巖層產(chǎn)生壓縮，使其形成一整體，具有懸吊、擠壓、組合梁等作用，從而提高圍巖的整體穩(wěn)定性及其力學(xué)性能，增強(qiáng)巷道抗動(dòng)壓變形的系數(shù)。

（3）支護(hù)高度增大，有效緩解巷道頂板壓力，使頂板應(yīng)力向巷道周圍分解，有效減少巷道頂部壓力。

（4）注漿錨索配合加強(qiáng)鋼筋梯和金屬網(wǎng)，使巷道成牢固的整體，避免因變形掉落矸石傷人。

4 注漿材料、設(shè)備和施工工藝

4.1 注漿材料

水泥漿采用普通R 32.5硅酸鹽水泥，每袋50 kg，注漿添加劑為ACZ－Ⅰ，其配比為水∶水泥∶添加劑＝1∶（2～3）∶（0.16～0.24）。開動(dòng)攪拌機(jī)，先將清水加入到拌料桶內(nèi)，再按比例加入水泥，水泥要粗篩去除雜質(zhì)，混合攪拌均勻，攪拌時(shí)間不少于5m in，再按比例加入ACZ－Ⅰ注漿添加劑。漿液應(yīng)混合均勻，無(wú)團(tuán)塊，應(yīng)特別注意桶角和邊上的材料，漿液不應(yīng)過(guò)稠。攪拌均勻并使水泥呈漿狀后即可注漿。封孔材料采用細(xì)棉紗和快硬水泥，封堵長(zhǎng)度不小于200mm。

4.2 注漿設(shè)備

采用Q B Z 20／7.0型氣動(dòng)便攜式注漿泵對(duì)注漿錨索進(jìn)行注漿，主要技術(shù)參數(shù)如下：

氣源壓力：0.5～0.63MP a；氣缸直徑：? 250mm；輸出壓力：6MP a；出漿量：50L／m in；耗氣量：42m3／h；重量：130kg。

水泥漿攪拌機(jī)采用D L 208型風(fēng)動(dòng)攪拌設(shè)備。

4.3 施工工藝

注漿錨索施工工藝為：打眼→安裝固定錨索→壓梯子網(wǎng)掛網(wǎng)→上托盤、緊固錨索→封孔→注漿。

5 注漿錨索加固效果觀測(cè)

施工過(guò)程中，巷道受未穩(wěn)定區(qū)動(dòng)壓影響，頂幫出現(xiàn)輕微開裂。根據(jù)礦壓觀測(cè)資料（見(jiàn)表1），注漿后巷道幫頂位移最大處1.6 m，一般為0.7～0.9m，沒(méi)有出現(xiàn)大的冒頂片幫現(xiàn)象，保證了工作面順利通過(guò)。工作面通過(guò)時(shí)巷道幫頂位移量較103下02面顯著減少，有效減少了巷道維修工程量，加強(qiáng)了幫頂?shù)闹ёo(hù)強(qiáng)度，取得了良好的支護(hù)效果。

表1 103下03軌道巷測(cè)點(diǎn)觀測(cè)情況 mm

從表1可以看出，巷道頂、底板變形量較小，在10個(gè)測(cè)點(diǎn)中只有1處頂板下沉較多。巷道寬度普遍出現(xiàn)變形，達(dá)到1.6m的只有1處，其余均小于1.0m。從整體情況看，該巷道采取強(qiáng)化支護(hù)措施后效果顯著，較103下02沿空巷道變形量縮減了60%。

6 經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益

每米巷道注漿錨索加固的材料費(fèi)用包括高強(qiáng)度錨索、注漿管、水泥、添加劑等，共計(jì)423.5元；每米巷道架棚支護(hù)的材料費(fèi)用包括U型棚、坑木等，共計(jì)1498.6元。采用注漿錨索加固比金屬支架架棚，每米可節(jié)約支護(hù)材料費(fèi)用1075.1元。

同時(shí)，減少了巷道修復(fù)量，避免了巷道損壞而造成的損失，保證工作面正常通風(fēng)需求，保證礦井安全生產(chǎn)接續(xù)，其效益不可估量。

與傳統(tǒng)架棚支護(hù)相比，施工方法簡(jiǎn)單、快速，減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，減少了輔助運(yùn)輸量，提高了安全可靠程度，效益顯著。注漿錨索施工設(shè)備輕便，施工工藝簡(jiǎn)單，便于掌握，具有廣闊的推廣前景。

注漿錨索是一種適應(yīng)破碎帶、裂隙發(fā)育區(qū)及沿空煤巖柱的有效加固方式，為巷道的有效利用奠定了基礎(chǔ)，并為沿空巷道支護(hù)提供了一條新的有效途徑。

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