采區(qū)巷道支護(hù)及錨桿支護(hù)新技術(shù)

李興歡

（山東魯能荷澤煤電公司彭莊煤礦 山東 鄆城 274700）

0 前言

由于我國(guó)東部煤炭的開(kāi)采，淺部資源已逐漸走向枯竭，煤炭開(kāi)采逐步向深部延伸，國(guó)內(nèi)許多礦井的開(kāi)采或開(kāi)拓延伸的深度均已經(jīng)超過(guò)了700m，有的甚至超過(guò)1000m。隨著開(kāi)采深度的增加，地質(zhì)條件惡化、地應(yīng)力增大、破碎巖體增多、地溫升高、水頭壓力和涌水量加大，致使圍巖應(yīng)力超過(guò)其強(qiáng)度，發(fā)生破壞失穩(wěn)。

魯西南煤田地質(zhì)復(fù)雜，以楊營(yíng)礦井為例予以闡述。楊營(yíng)煤礦8煤采區(qū)軌道上山依次穿過(guò)頂板砂巖、泥巖、煤層，頂板巖石裂隙發(fā)育，小的構(gòu)造較多，頂板及幫部易掉易冒，是一種標(biāo)準(zhǔn)的低強(qiáng)度破碎軟巖。8101與8102試采煤面標(biāo)高均為-600m以下，所對(duì)應(yīng)的軌道順槽和膠帶順槽地應(yīng)力大、破碎巖體多，并受風(fēng)化基巖及以下砂巖含水層、太原組三灰含水層、八灰及其底板砂巖含水層、九灰及其底板砂巖含水層、十灰+巖漿巖含水層的影響，巷道地質(zhì)情況復(fù)雜，使其支護(hù)難度增大。

1 巷道支護(hù)對(duì)策

1）優(yōu)化巷道位置。在設(shè)計(jì)階段應(yīng)根據(jù)煤系地層的巖性，合理選擇巷道位置，盡可能避開(kāi)軟弱巖層；在地質(zhì)勘探過(guò)程中，應(yīng)掌握巖石物理力學(xué)性質(zhì)、巖石物理化學(xué)性質(zhì)以及巖石水理性質(zhì)，應(yīng)掌握主應(yīng)力的大小及方向，合理選層、選位，盡可能躲讓高應(yīng)力區(qū)。

2）選擇合理的支護(hù)斷面。由于8100采區(qū)回采時(shí)間較短，巷道服務(wù)年限為至采區(qū)報(bào)廢為止，綜合各方面因素8100采區(qū)軌道上山施工斷面選擇為矩形，掘進(jìn)斷面10.44m2，巷道掘進(jìn)荒寬3600mm，凈寬3400mm，掘進(jìn)荒高2900mm，軌道以上凈高2600mm，設(shè)計(jì)方位跟8煤頂板掘進(jìn)。預(yù)留巷道空間對(duì)提高支護(hù)體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，減少巷道維修,保證巷道正常使用是非常必要的。

3）提高圍巖強(qiáng)度。錨桿和注漿是兩種有效的加固圍巖方式,這些方式能促使形成圍巖加固的承載圈,充分發(fā)揮圍巖的自承能力,阻止圍巖的塑性流動(dòng)。應(yīng)針對(duì)不同圍巖選擇合適的加固方式。

4）提高錨桿支護(hù)的預(yù)緊力,實(shí)現(xiàn)主動(dòng)支護(hù)。錨桿支護(hù)是巷道最有效的支護(hù)形式，錨桿支護(hù)系統(tǒng)的剛度十分重要，特別是錨桿預(yù)應(yīng)力起著決定性作用。較高的預(yù)應(yīng)力要求錨桿具有較高的強(qiáng)度。單根錨桿預(yù)應(yīng)力的作用范圍是很有限的，必須通過(guò)托板、鋼帶和金屬網(wǎng)等構(gòu)件將錨桿預(yù)應(yīng)力擴(kuò)散到錨桿周圍更大范圍的圍巖中，形成支護(hù)結(jié)構(gòu)。

5）及時(shí)封閉圍巖。巷道支護(hù)現(xiàn)場(chǎng)總結(jié)的經(jīng)驗(yàn)是：治幫先治底，治底先治水。因此，對(duì)水的處理是保證軟弱圍巖穩(wěn)定的基礎(chǔ)工作，尤其對(duì)于含有黏土類礦物的膨脹型軟巖，隔水為第一要?jiǎng)?wù)。軟巖巷道開(kāi)挖后要及時(shí)噴射混凝土進(jìn)行封閉，防止其受水和空氣的影響而崩解和軟化。

2 巷道支護(hù)形式及參數(shù)選擇

8100采區(qū)軌道上山為半煤巖巷，作為8100采區(qū)工作面的運(yùn)輸設(shè)備、材料等物品的主要巷道，同時(shí)也是構(gòu)成區(qū)段通風(fēng)系統(tǒng)的主要巷道，服務(wù)年限到采區(qū)報(bào)廢。根據(jù)8100采區(qū)軌道上山實(shí)際情況支護(hù)分為臨時(shí)支護(hù)和永久支護(hù)兩部分：

臨時(shí)支護(hù)：采用金屬前探梁作為臨時(shí)支護(hù)，前探梁為3根不少于4米長(zhǎng)的4寸鋼管或者用不少于15kg/m的鋼軌，隨著掘進(jìn)，如果頂板地質(zhì)條件發(fā)生變化較為破碎時(shí)，要短掘短支。

永久支護(hù)：采用錨、網(wǎng)、梯索噴聯(lián)合支護(hù)。永久支護(hù)到迎頭，支護(hù)前頂板巖性好時(shí)，最大空頂距不大于1600mm，巖性較差時(shí)最大空頂距不大于800mm，支護(hù)后迎頭最大空頂距不大于300mm。

在永久支護(hù)過(guò)程中錨桿的選用是支護(hù)的關(guān)鍵因素，近幾年來(lái)隨著支護(hù)技術(shù)的不斷發(fā)展加強(qiáng)，預(yù)拉力錨桿得到了廣泛使用，并且支護(hù)效果也是非常理想。高強(qiáng)桿體材料屈服強(qiáng)度大于500MP。桿體直徑：20-22m；錨桿破斷荷載：200－300kN以上。

另外在8100采區(qū)軌道上山所采用的聯(lián)合支護(hù)中，錨索的使用可以有效的限制圍巖松動(dòng)變形，使其保障巷道的整體穩(wěn)定性良好。小孔徑高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力錨索是近年來(lái)比較常用的一種錨索。它的作用原理是起懸吊作用、預(yù)應(yīng)力主動(dòng)限制圍巖松動(dòng)變形；應(yīng)用條件有穩(wěn)定巖層作為錨索懸吊生根點(diǎn)。

國(guó)內(nèi)外首創(chuàng)28mm小孔徑錨索技術(shù)，單根鋼鉸線，15.24mm，28mm孔徑；錨桿鉆機(jī)鉆裝，最大長(zhǎng)度12m；最大錨固力260kN，預(yù)緊力100kN。直徑17.8mm，破斷力350kN；直徑f18.96mm，破斷力400kN。最近開(kāi)發(fā)直徑22mm，破斷力達(dá)到500kN，同時(shí)進(jìn)一步提高索體的延伸率。

采用錨桿錨索聯(lián)合支護(hù)提高錨桿支護(hù)的整體支護(hù)效果，防止巷道頂板的漏冒和兩幫煤體的片幫。通過(guò)托板將其所承擔(dān)的載荷有效地傳遞到錨桿上，并能協(xié)調(diào)錨桿的受力，發(fā)揮錨桿的整體支護(hù)作用，有效的提高錨桿錨固范圍內(nèi)圍巖的連續(xù)性，有利于提高錨桿支護(hù)體系的整體支護(hù)強(qiáng)度。

同時(shí)8煤各巷道在使用聯(lián)合支護(hù)中，8100采區(qū)軌道上山及其膠帶上山由于服務(wù)年限要到采區(qū)報(bào)廢為止，所以為其避免巖石風(fēng)化破碎需要掛鋼筋網(wǎng)噴漿來(lái)及時(shí)封閉圍巖，同時(shí)做好巷道成型穩(wěn)固工作。

根據(jù)8100采區(qū)軌道上山的圍巖地質(zhì)情況，錨桿采用Φ20×2400mm高強(qiáng)錨桿，間排距 900×900mm。錨索采用Φ17.8×6300mm，間排距 1800×2700mm。 鋼筋網(wǎng) Φ6mm 鋼筋焊接， 經(jīng)緯格 100×100mm， 網(wǎng)幅 1000×1400mm和 900×1700mm兩種規(guī)格。在巖性較差時(shí)巷道頂部和幫部采用W型鋼帶加強(qiáng)支護(hù)。

在制定方案過(guò)程中可通過(guò)地質(zhì)力學(xué)評(píng)估、初始設(shè)計(jì)方法（通過(guò)計(jì)算機(jī)模擬分析、實(shí)驗(yàn)室模型模擬、經(jīng)驗(yàn)類比、理論計(jì)算等方法初步確定巷道支護(hù)型式和支護(hù)參數(shù)）、現(xiàn)場(chǎng)施工與監(jiān)測(cè)、優(yōu)化設(shè)計(jì)，最后得出最終方案。

3 結(jié)論

在煤礦的建設(shè)中應(yīng)根據(jù)礦井巷道的實(shí)際地質(zhì)狀況來(lái)確定巷道及硐室的支護(hù)形式。錨桿等支護(hù)形式的布置隨圍巖條件發(fā)生變化時(shí),其支護(hù)參數(shù)也應(yīng)做相應(yīng)改變,特別在地質(zhì)構(gòu)造地帶,可考慮增加錨桿、錨索數(shù)量或輔以其它支護(hù)方式,甚至更改支護(hù)方式。

巷道錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)新方法有：地質(zhì)力學(xué)評(píng)估（進(jìn)行巷道圍巖地應(yīng)力測(cè)試、巷道松動(dòng)圈測(cè)試、巷道3倍寬度范圍內(nèi)圍巖的礦物成分化驗(yàn)分析、圍巖物理力學(xué)性質(zhì)測(cè)定）、初始設(shè)計(jì)方法（通過(guò)計(jì)算機(jī)模擬分析、實(shí)驗(yàn)室模型模擬、經(jīng)驗(yàn)類比、理論計(jì)算等方法初步確定巷道錨桿、網(wǎng)、索聯(lián)合支護(hù)型式和支護(hù)參數(shù)）、現(xiàn)場(chǎng)施工與監(jiān)測(cè)（對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)可靠性監(jiān)測(cè)，包括：巷道收斂變形、頂板下沉量、兩幫位移量、底臌量、錨桿或錨索受力狀態(tài)）、優(yōu)化設(shè)計(jì)（分析礦壓監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，評(píng)價(jià)、優(yōu)化初步支護(hù)設(shè)計(jì)方案和參數(shù)，從而確定適合該礦條件的、安全、高效、節(jié)約的巷道支護(hù)方案）。