龐龐塔煤礦大斷面切眼強(qiáng)化梁控制技術(shù)

李龍生

(山西焦煤霍州煤電呂臨能化有限公司龐龐塔煤礦)

龐龐塔煤礦大斷面切眼強(qiáng)化梁控制技術(shù)

李龍生

(山西焦煤霍州煤電呂臨能化有限公司龐龐塔煤礦)

在煤炭資源開(kāi)采過(guò)程中，大跨度強(qiáng)化梁控制技術(shù)的廣泛應(yīng)用為施工人員提供了重要的安全保障。以龐龐塔煤礦9-705切眼導(dǎo)硐施工為例，深入分析了大跨度強(qiáng)化梁控制技術(shù)的應(yīng)用成果，為類(lèi)似工程應(yīng)用提供參考。

煤炭資源開(kāi)采 大跨度強(qiáng)化梁控制技術(shù) 支護(hù)設(shè)計(jì) 安全保障

龐龐塔煤礦9-705切眼導(dǎo)硐施工頂板錨索鉆孔實(shí)際揭露的頂部煤層厚8～8.5 m，黃泥層厚1.5～2.5 m，黃泥層上局部存在約0.5 m的空洞。當(dāng)錨固生根點(diǎn)位于黃泥層時(shí)，錨固劑易黏結(jié)失效，造成錨索脫錨、虛錨，當(dāng)錨固生根點(diǎn)穿透黃泥層達(dá)上位巖層時(shí)，由于存在層間空洞，使得錨固劑推送困難，大量錨固劑落于空洞中難以形成可靠錨固點(diǎn)。為提高9-705大斷面切眼的支護(hù)效果，保障頂板安全，采用大斷面切眼的大跨度強(qiáng)化梁控制技術(shù)進(jìn)行處理。

1 大斷面切巷大跨度強(qiáng)化梁控制理念

大斷面、大跨度巷道頂板的破壞主要有2類(lèi)形式，一類(lèi)是頂板煤巖層沿煤壁整體切落，第二類(lèi)是頂板彎曲并發(fā)生離層，當(dāng)整個(gè)加固范圍未形成結(jié)構(gòu)效應(yīng)時(shí)，頂板在大變形后便會(huì)發(fā)生失穩(wěn)垮冒。第一類(lèi)頂板整體切落的情況往往發(fā)生在頂板強(qiáng)度低、巖層破碎或頂板巖層泥化的條件下；第二類(lèi)破壞本質(zhì)上是層狀頂板的不協(xié)調(diào)變形?？刂祈敯鍙澢鲁敛⑾x層最直接、最有效的手段是采用大跨度強(qiáng)化梁控制技術(shù)。通過(guò)桁架水平拉索的水平擠壓拉力作用于巷道頂板內(nèi)產(chǎn)生一對(duì)對(duì)稱(chēng)彎矩，消除由于頂板彎曲產(chǎn)生的拉應(yīng)力區(qū)，使其完全變?yōu)閴簯?yīng)力狀態(tài)[1]。同時(shí)，錨索的預(yù)緊力引起的主動(dòng)力使巷道頂板產(chǎn)生向上的垂直位移，使頂板的下沉量被抵消，對(duì)于改善頂板的穩(wěn)定性有重要作用。

頂板大跨度強(qiáng)化梁支護(hù)技術(shù)可針對(duì)頂板的漸進(jìn)離層垮冒過(guò)程，充分調(diào)動(dòng)圍巖自身的穩(wěn)定性，通過(guò)提高錨桿的初始徑向張力，及時(shí)將松脫區(qū)巖體與上位巖體擠壓加固，阻止頂板巖石松脫范圍的進(jìn)一步擴(kuò)大。通過(guò)增大錨固范圍，調(diào)動(dòng)深部圍巖的強(qiáng)度和穩(wěn)定性，形成有效的加固厚度，提高錨固區(qū)巖體的強(qiáng)度和抗剪剛度，削弱頂板的漸次離層和垮冒[2]。當(dāng)錨固范圍無(wú)法達(dá)到深部穩(wěn)定巖層區(qū)時(shí)，采用預(yù)拉力桁架系統(tǒng)，利用巷道上幫角的圍巖擠壓區(qū)，構(gòu)建強(qiáng)化承載結(jié)構(gòu)，形成向上的反力矩，平衡水平應(yīng)力對(duì)頂板巖層的破壞作用，也可預(yù)防頂板錨固結(jié)構(gòu)失效時(shí)的突發(fā)垮冒[2]。

2 設(shè)計(jì)方案與支護(hù)參數(shù)

10-705切巷斷面為矩形，沿煤層底板掘進(jìn)。設(shè)計(jì)切巷分2次掘進(jìn)，第一次掘進(jìn)毛斷面尺寸4.5 m×3.4 m，第二次擴(kuò)幫至設(shè)計(jì)毛斷面尺寸8.2 m×3.4 m。

2.1 第一次掘進(jìn)期間支護(hù)設(shè)計(jì)

2.1.1 頂部錨帶網(wǎng)索+預(yù)應(yīng)力桁架支護(hù)

頂錨桿均選用φ22 mm×2 500 mm左旋無(wú)縱筋螺紋鋼高強(qiáng)錨桿配合W型鋼帶和配套蝶形墊片進(jìn)行支護(hù)，每排布置6根頂錨桿，間排距800 mm×800 mm，靠永久幫頂角錨桿外扎15°布置，其余頂板錨桿均垂直于頂板布置。每根錨桿用CK2340和Z2388型樹(shù)脂錨固劑各1條進(jìn)行錨固，錨桿扭矩不小于250 N·m。W型鋼帶寬180 mm、厚2 mm，6眼長(zhǎng)4.3 m，眼距800 mm。菱形金屬網(wǎng)由12#鐵絲編織而成，網(wǎng)孔規(guī)格40 mm×40 mm，網(wǎng)片尺寸10 m×0.9 m。

頂板采用桁架錨索和單體錨索的聯(lián)合支護(hù)方式，即桁架錨索和單體錨索交替布置，單體錨索排距1.6 m，桁架錨索間排距2.5 m×1.6 m(即每排僅施工單體錨索或桁架錨索)。

(1)桁架錨索。采用φ21.8 mm高強(qiáng)度低松弛預(yù)應(yīng)力鋼絞線，錨索長(zhǎng)10.5 m，眼深9 m，鉆孔直徑28 mm。采用2條Z2388型樹(shù)脂錨固劑進(jìn)行錨固。桁架錨索排距1.6 m，間距2.5 m。桁架錨索送入鉆孔后，采用專(zhuān)用桁架錨索連接器連接完成并使用配套的鎖具鎖緊，1 h后用張拉機(jī)張拉預(yù)緊至25 MPa，錨索滯后迎頭不大于1.6 m。

(2)單體錨索。掘進(jìn)期間，單體錨索每排布置1根，采用φ21.8 mm高強(qiáng)度低松弛預(yù)應(yīng)力鋼絞線，鉆孔直徑28 mm，錨索孔深9 m，錨索長(zhǎng)9.3 m，向外帶75°外扎角度，切勿穿過(guò)黃泥層。采用2條Z2388型樹(shù)脂錨固劑進(jìn)行錨固，錨固長(zhǎng)1 760 mm。單體錨索距離永久支護(hù)幫1.7 m，可采用配套的鋼板和鎖具張拉預(yù)緊，預(yù)緊力25 MPa，錨索滯后迎頭不得大于1.6 m。錨索托盤(pán)規(guī)格350 mm×350 mm×16 mm，中孔直徑24 mm。

2.1.2 巷道兩幫錨帶網(wǎng)支護(hù)

永久支護(hù)幫幫錨桿采用φ20 mm×2 000 mm高強(qiáng)錨桿、配套墊片，臨時(shí)幫幫錨桿采用φ14.6 mm×1 600 mm玻璃鋼錨桿或普通金屬錨桿、配套墊片進(jìn)行支護(hù)。錨桿間排距800 mm×800 mm，每排布置5根錨桿，其中第1根距頂板100 mm，與水平面呈+15°夾角，中部3根錨桿水平布置，第5根距底板100 mm，與水平面呈-15°夾角。每根高強(qiáng)錨桿用1條Z2388型樹(shù)脂錨固劑進(jìn)行錨固，每根普通錨桿用1條CK2340型樹(shù)脂錨固劑進(jìn)行錨固，錨桿預(yù)緊扭矩不小于180 N·m。鋼筋梯子梁采用φ14 mm鋼筋環(huán)形焊接而成，5眼長(zhǎng)3.3 m，眼距800 mm。

2.2 擴(kuò)刷期間支護(hù)設(shè)計(jì)

2.2.1 頂部錨帶網(wǎng)索+預(yù)應(yīng)力桁架支護(hù)

頂錨桿均選用φ22 mm×2 500 mm左旋無(wú)縱筋螺紋鋼高強(qiáng)錨桿配合W型鋼帶和配套蝶形墊片進(jìn)行支護(hù)，每排布置5根頂錨桿，間排距800 mm×800 mm，靠回采側(cè)的頂角錨桿距幫250 mm，與鉛垂線呈15°夾角布置，其余頂板錨桿均垂直于頂板布置。每根錨桿用CK2340和Z2388型樹(shù)脂錨固劑各1條進(jìn)行錨固，錨桿預(yù)緊扭矩不小于250 N·m。W型鋼帶寬180 mm、厚2 mm，5眼長(zhǎng)3.6 m，眼距800 mm。菱形金屬網(wǎng)由12#鐵絲編織而成，網(wǎng)孔規(guī)格40 mm×40 mm，網(wǎng)片尺寸10 m×0.9 m。

頂板采用桁架錨索、槽鋼錨索+單體錨索的聯(lián)合支護(hù)方式，即桁架錨索、槽鋼錨索+單體錨索交替布置，桁架錨索排距1.6 m，槽鋼錨索排距1.6 m，單體錨索排距1.6 m(即施工1組桁架錨索—間隔0.8 m 施工1組槽鋼錨索+單體錨索—間隔0.8 m施工桁架錨索—間隔0.8 m施工1組槽鋼錨索+單體錨索，如此循環(huán))。

(1)桁架錨索。采用φ21.8 mm高強(qiáng)度低松弛預(yù)應(yīng)力鋼絞線，錨索長(zhǎng)10.5 m，眼深9 m，鉆孔直徑28 mm。采用2條Z2388型樹(shù)脂錨固劑進(jìn)行錨固。桁架錨索排距1.6 m，間距2.5 m，錨索鉆孔與鉛垂線呈30°夾角。桁架錨索送入鉆孔后，采用專(zhuān)用的桁架錨索連接器連接完成并使用配套的鎖具鎖緊，1 h后用張拉機(jī)張拉預(yù)緊至25 MPa，錨索滯后迎頭不大于1.6 m。

(2)槽鋼錨索+單體錨索。單體錨索每排布置1根，采用φ21.8 mm高強(qiáng)度低松弛預(yù)應(yīng)力鋼絞線，鉆孔直徑28 mm，錨索孔深9 m，錨索錨索長(zhǎng)9.3 m，向外帶75°外扎角度，切勿穿過(guò)黃泥層。采用2條Z2388型樹(shù)脂錨固劑進(jìn)行錨固，錨固長(zhǎng)1 760 mm。單體錨索距離回采幫1.7 m，可采用配套的鋼板和鎖具張拉預(yù)緊，預(yù)緊力為25 MPa，錨索滯后迎頭不大于1.6 m。槽鋼錨索每組2根，間距1.6 m，2根槽鋼錨索施工完畢后，采用槽鋼進(jìn)行連鎖。單體錨索采用配套的鋼板和鎖具張拉預(yù)緊，槽鋼錨索采用槽鋼配合鎖具進(jìn)行連鎖張拉，預(yù)緊力均為25 MPa，錨索滯后迎頭不得大于1.6 m。鋼板規(guī)格350 mm×350 mm×16 mm，中孔直徑24 mm。槽鋼規(guī)格：14#槽鋼或工字鋼，長(zhǎng)2.0 m，眼距1.6 m。切巷擴(kuò)刷后每排0.8 m支設(shè)1組(2根)單體支柱，間距3.4 m。

2.2.2 幫部錨網(wǎng)梁支護(hù)

回采幫錨桿采用φ20 mm×2 000 mm高強(qiáng)錨桿，間排距800 mm×800 mm，每排布置5根錨桿，其中第1根距頂板200 mm，與水平面呈+15°夾角，中部3根錨桿水平布置，第5根距底板100 mm，與水平面呈-15°夾角。每根錨桿用1條Z2388型樹(shù)脂錨固劑進(jìn)行錨固，錨桿初錨力不小于180 N·m。錨梁采用φ14 mm鋼筋環(huán)形焊接而成，5眼長(zhǎng)3.3 m，眼距800 mm。

3 結(jié) 語(yǔ)

大跨度強(qiáng)化梁控制技術(shù)在龐龐塔煤礦9-705切眼導(dǎo)硐施工中的成功應(yīng)用，有效解決了頂板有黃泥層的支護(hù)技術(shù)問(wèn)題，有一定的推廣應(yīng)用價(jià)值。

[1] 曲建光.大跨度開(kāi)切眼圍巖強(qiáng)化控制技術(shù)研究[J].煤炭科學(xué)技術(shù)，2015(7)：1-5.

[2] 李亞運(yùn)，謝文兵，荊升國(guó)，等.白坪礦大斷面機(jī)頭硐室結(jié)構(gòu)強(qiáng)化機(jī)理及控制技術(shù)[J].煤炭技術(shù)，2014(7)：94-97.

2015-08-12)

李龍生(1971—)，男，工程師，033200 山西省呂梁市臨縣木瓜坪鄉(xiāng)。