特厚煤層上覆采空區(qū)下錨網(wǎng)索耦合支護

范津

【摘 要】根據(jù)南山煤礦煤層賦存特點，在15號煤層綜放工作面底板層切眼及兩巷進行特厚煤層上覆采空區(qū)下錨網(wǎng)索耦合支護試驗，有效降低了巷道支護成本，增強了生產(chǎn)安全，使用效果良好，具有良好的技術、經(jīng)濟和安全效益。

【關鍵詞】錨網(wǎng)索耦合支護；綜合監(jiān)測；預緊力

0.概述

鶴崗礦業(yè)集團南山煤礦是由斜井群改造的礦井，立井于1965年開始興建，l970年投入生產(chǎn)，l975年達到設計能力120萬t后經(jīng)多次改擴建，2003年礦井核定能力達到300萬t/a。采用立井集中石門、分區(qū)石門和上下山開拓方式。主采層l8#和l5#煤，煤層賦存穩(wěn)定，平均煤厚18#層15m，15#層12m。煤層節(jié)理裂隙發(fā)育，工作面回采使用綜合機械化及π放工藝。采準巷道掘進采用機掘或炮掘方式，支護形式為犬斷面錨網(wǎng)支護或架柵支護。

1.采區(qū)概況

掘進三區(qū)施工的西一區(qū)l5#層南部一分段頂板層已于1997年回采完畢，煤層厚度平均12m，剩余厚度平均10m，局部8m；2006年9月開始進入此面底板層，兩巷道設計斷面為l7.5m2。因上覆頂板層已采，支護形式采用傳統(tǒng)架棚支護施工中因運料較困難，且U型棚（29U）支護強度不夠，使得巷道維修量大。經(jīng)對圍巖狀態(tài)觀察，結合錨網(wǎng)支護組合梁、壓縮拱最大水平應力理論，首次試驗性地在上覆采空區(qū)下進行錨網(wǎng)索耦合支護，得到了顯著的效果。

2.主要技術性能指標

西一區(qū)15#層南部一分段底板層兩巷設計凈寬5m、凈高3m，頂板錨桿7根，長2.5m，ф20/mm等強右旋螺紋鋼；兩幫每側4根長2.0m，ф20mm等強右旋螺紋鋼。錨桿間排距均為0.8m，錨索為фl5.24mm的鋼絞線，錨索托梁為長3.2m礦用ll#工字鋼。兩幫錨桿角度75°，錨索梁每2m設1組，索線4.3m向兩幫伸展角度60°。

錨網(wǎng)支護共施工100m，進行近70d的錨網(wǎng)支護綜合監(jiān)測。頂板離層儀共設2組，其中4m處錨頭2組均沒有變化，淺層2m處錨頭離層最大值為10mm，兩幫最大移近量為350mm。頂板錨桿測力計最大讀數(shù)為22MPa，兩幫錨桿測力計最大讀數(shù)為23MPa，錨索測力計最大讀數(shù)為26MPa。經(jīng)對監(jiān)測數(shù)據(jù)整理分析，在特厚煤層上覆采空區(qū)下采取錨網(wǎng)索耦合支護，其支護強度能夠滿足施工設計要求。

3.工作原理

特厚煤層上覆采空區(qū)下錨網(wǎng)索耦合支護技術，主要是在特厚煤層頂板層已采，底板層兩巷及切眼掘送，上覆煤柱在4m以上時，代替?zhèn)鹘y(tǒng)的架棚支護。

在施工中，關鍵技術是錨桿間排距布置、錨索托梁及錨索向兩幫伸展角度的控制和錨網(wǎng)索動態(tài)綜合監(jiān)測。根據(jù)錨桿支護與錨索支護二次耦合原理，運用以下五條原則，對支護設計進行優(yōu)化。

3.1錨索長度原則

錨索長度取決于巷道的頂板層狀態(tài)，現(xiàn)施工的巷道頂板為上覆采空區(qū)，為此，錨索應傾斜進入兩幫頂板，長度按垂高3.5m，水平向兩幫延伸l.5m以上計算，取4m，加端頭0.3m實際長4.3m。

3.2錨索強度原則

錨索承載強度取決于錨索根數(shù)和錨索的間排距，其設計總荷載按巷道頂板塑性軟化區(qū)范圍的圍巖質量乘以安全系數(shù)來計算。

3.3耦合作用設計原則

錨索和錨桿支護達不到耦合作用狀態(tài)將會出現(xiàn)惡性事故，因此，重視在各種不同工作條件下的預應力施加至關重要。一般來說，在炮掘工作面迎頭實施錨索支護時，預應力應適當小些，為錨桿設計值的0.8～1.3倍；而在掘進機后實施錨索支護時，預應力為錨桿設計荷載值的1.0～1.3倍比較適宜。

3.4關鍵部位原則

理論研究表明，錨索設計在頂板的力學關鍵部位效果最好，因此，錨索要盡量設計在頂板的關鍵部位上。

3.5反饋設計原則

現(xiàn)場地質條件復雜多變，采用LBY-3型頂板離層儀、MLJ-20型錨桿拉力計及MS-30型液壓錨桿（索）測力計，安排專人進行綜合監(jiān)測，及時反饋分析、修正和完善設計，使首次在上覆采空區(qū)下進行錨網(wǎng)索耦合支護更具科學性和可操作性。

4.推廣應用前景與措施

在特厚煤層上覆采空區(qū)下采用錨網(wǎng)索耦合支護的成功，為錨網(wǎng)支護在煤巷各種復雜條件下應用積累了經(jīng)驗，進一步擴大了錨網(wǎng)支護領域，節(jié)約了支護成本，降低了工人的勞動強度，有著極其廣闊的推廣價值。

在復雜條件下采用錨網(wǎng)索耦合支護，首先在錨桿、錨索布置的角度進行嚴格的規(guī)定；其次，在錨桿錨索預緊力上進行最佳耦合設計；再者，采用相應的觀測儀器進行不間斷的觀測。這里注意以下3點：

（1）頂板離層指示儀每50m設1組，每天專人進行觀測并記錄。

（2）錨桿（索）測力計每20m設1組，每天專人進行觀測并記錄。

（3）每天由專人用力矩扳手對當班打設的錨桿進行檢測，使錨桿錨索達到最佳耦合。

5.結語

現(xiàn)在施工的100m巷道，經(jīng)70d動態(tài)監(jiān)測，各項技術指標均達到設計要求。與傳統(tǒng)架棚對比，100m巷道可節(jié)約支護成本7萬元，同時減輕了工人的勞動強度，經(jīng)濟效益和社會效益十分顯著。