深井動壓影響下近距煤層巷道支護實踐

崔建斌

(平頂山天安煤業(yè)股份有限公司六礦)

隨著開采深度的增加，受資源儲量、接替形勢的限制，老礦井采用多煤層聯(lián)合布置，采掘工作面密集、巷道交叉布置的現(xiàn)象越來越普遍[1]。這種布置形式雖然在一定程度上緩解了生產(chǎn)緊張的局面，但在掘進施工過程中，往往受采面推進的動壓影響，給巷道支護和頂板管理造成嚴(yán)重影響。特別在近距離煤層群下層煤巷道施工時，表現(xiàn)尤為突出，出現(xiàn)大量折梁斷腿、支護失效、反復(fù)維修、冒頂塌方等現(xiàn)象。平煤六礦1958年建礦，1970投產(chǎn)，丁5-6、戊8、戊9-103層煤聯(lián)合布置，經(jīng)過多年的高強度開采，礦井二水平即將結(jié)束，三水平正處于施工階段。礦井生產(chǎn)采掘集中在二水平戊二采區(qū)，各采掘工作面受壓茬關(guān)系、采動關(guān)系影響嚴(yán)重，使得巷道變形快、收縮嚴(yán)重、支護困難，傳統(tǒng)的支護方式難以滿足巷道支護要求[2]。平煤六礦在多年的實踐基礎(chǔ)上使用高強讓壓錨桿+W鋼帶的橫向組合梁支護技術(shù)，不但在頂板管理方面可以預(yù)警，而且在動壓影響下實現(xiàn)了成功支護[2]。

1 工作面概況

戊9-10-22310風(fēng)巷位于三水平戊二東翼采區(qū)，地面標(biāo)高為165～280 m，井下標(biāo)高為-568～-635 m。地面相對位置在窯溝外口，中部為馬家；井下相對位置西部為未采動實體，東部為平煤四礦風(fēng)井保護煤柱邊界，北部為未采動煤體，南部為未采動實體，上部為戊8-22290采空區(qū)，同時戊8-22290采面750 m左右進行回采工作，巷道上部戊8-22290采面回采過3個月，正處于應(yīng)力釋放及采動影響階段。巷道在戊9-10-22310輔助運輸巷上段開口，與戊9-10-22310中間巷方位一致，與戊9-10-22310輔助運輸巷成80°夾角，向東施工735 m。該巷道沿戊9-10頂板施工，上覆為戊8煤層采空區(qū)，巖柱厚4.5～7.6 m，戊9-10煤層合層平均厚3 m左右，煤層穩(wěn)定，煤體較硬，頂板基本完整。該巷道在戊8-22290采面回采推過不到3個月，圍巖應(yīng)力集中，動壓影響很大，因此，支護難度也較大。戊9-10-22310工作面層位關(guān)系見圖1。

2 橫向組合梁支護理論分析

2.1 高強讓壓錨桿力學(xué)性能

與普通高強錨桿相比，高強讓壓錨桿多一個讓壓箍，在上部壓力作用到錨桿之上時，壓力會傳遞到讓壓箍上，當(dāng)壓力達到一定界限，會造成讓壓箍的變形，從而緩解了錨桿的直接受力情況，減少了錨桿的破斷載力，從而達到了支護的效果。讓壓箍作用示意見圖2。

2.2 組合梁力學(xué)原理

使用W鋼帶后，將單個錨桿點錨形式變成組合梁，使上覆作用的力均勻分布到組合梁上，增大受力面積，在作用力一定的情況下，直接作用的支護材料的壓強變小，同時高強讓壓錨桿+W鋼帶通過錨索作用又與上覆巖柱形成組合拱，極大地提高了支護的強度，從而確保頂板的支護強度。組合梁與點錨作用對比見圖3。

圖1 戊9-10-22310工作面層位關(guān)系示意

圖2 讓壓箍作用示意

圖3 組合梁與點錨作用對比示意

煤礦頂板是由不同層狀巖體組合成的組合梁，為了使組合梁達到最佳強度，應(yīng)該設(shè)計合適的錨桿長度及錨桿系統(tǒng)的安裝應(yīng)力。達到最佳組合梁的錨桿系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)滿足下列條件：通過調(diào)整安裝應(yīng)力，使錨桿支護系統(tǒng)能夠控制錨固范圍內(nèi)的頂板離層;錨固系統(tǒng)應(yīng)能夠減少或消除頂板的拉應(yīng)力區(qū); 錨桿應(yīng)能夠錨固在穩(wěn)定的巖層中;錨固系統(tǒng)應(yīng)有足夠的能力控制頂板，并且在整個支護期間內(nèi)不失效。

3 巷道支護設(shè)計

3.1 支護參數(shù)

施工斷面寬4.6 m，高3.4 m。采用高強高預(yù)應(yīng)力可變形讓壓錨桿，材質(zhì)為 MSGLW-500高強螺紋鋼，錨桿屈服強度為500 MPa,抗拉破斷強度為630 MPa,最大總伸率為15%。頂部采用φ22 mm×2 600 mm高強讓壓錨桿,幫部采用φ20 mm×2 600 mm 高強錨桿,錨桿間排距為800 mm×800 mm。錨索采用φ21.6 mm×6 500 mm低松弛高強度鋼絞線錨索，屈服載荷為152.3 kN，破斷載荷為246.4 kN，錨索間排距為1 600 mm×2 400 mm或1 600 mm×1 600 mm。頂網(wǎng)使用2片3 m長金屬網(wǎng)，上幫采用1片3 m長金屬網(wǎng)，下幫采用1片2.4 m長金屬網(wǎng)。頂板采用JDW275-2.75 mm高強W鋼帶，鋼帶寬275 mm，眼直徑不大于44 mm，長度根據(jù)現(xiàn)場需要進行加工，搭接連鎖。巷道支護示意見圖4、圖5。

圖4 巷道支護斷面示意(單位：mm)

圖5 W鋼帶支護示意(單位：mm)

3.2 施工順序

施工順序為EBZ-160型掘進機掘進→機載臨時支護→鋪網(wǎng)及W鋼帶超前掛頂網(wǎng)→按W鋼帶眼打頂錨桿眼→安裝頂錨桿并緊固→刷幫→打幫錨桿眼→掛幫網(wǎng)→安裝幫錨桿→檢查錨網(wǎng)質(zhì)量。兩幫支護落后頂板支護不超過2排，頂錨索緊跟迎頭。

3.3 施工要求

(1)錨桿安裝，包括裝錨固劑，插入錨桿，攪拌藥卷和緊固螺母。用錨桿將藥卷送至孔底并攪拌均勻(30±5) s，利用專用錨桿扭矩放大器對錨桿施加預(yù)緊力，預(yù)緊扭矩不小于140 kN·m。錨桿孔與巖面層理面要有一定的夾角，錨桿孔與巷道輪廓線夾角不小于75°，外露小于50mm，錨盤緊貼巖面。

(2)鋪網(wǎng)。掛網(wǎng)要求平整，且搭接符合要求，前與后、上與下壓茬，搭接部分不小于100 mm，且要有錨桿穿過，并用錨盤壓緊，使鋼絲網(wǎng)緊貼巖面或煤壁，每200 mm必須用大于14#鐵絲連結(jié)一道。

4 支護效果

成巷后對巷道表面位移進行了連續(xù)觀測，共設(shè)置了7個觀測站，每個測站包括2個巷幫位移測點和1個頂板離層測點，共同監(jiān)測巷道斷面位移情況，結(jié)果見圖6?？梢钥闯?，巷道頂板離層量小于20 mm，兩幫移近量小于45 mm，高強讓壓錨桿+W鋼帶支護可以有效控制高應(yīng)力區(qū)圍巖變形，同時，采用W鋼帶作為支護材料比U型鋼節(jié)約25%，減少了施工作業(yè)量和支護成本，降低了勞動強度，提高了勞動效率。

5 結(jié) 論

平煤六礦戊9-10-22310風(fēng)巷在戊8-22290采面近距離動壓影響下，采用高強讓壓錨桿+W鋼帶支護技術(shù) ，高強讓壓錨桿通過W鋼帶的連接，不但使支護形成一種橫向組合梁，確保了組合支護的強度，而且高強讓壓錨桿的讓壓箍能夠在承受動壓時產(chǎn)生變形，起到頂板管理的預(yù)警作用，并且動壓造成讓壓箍變形，能夠減少壓力對錨桿本身的作用，從而達到預(yù)想的支護效果[2]。這種支護方式在近距離煤層動壓掘進使用時，做到一次成巷，工作面形成后，動壓造成的影響得到了很大的緩解，通過圍巖觀測及分析，在采面移交時，不再進行返修，節(jié)約了大量的返修費用，提高了采面移交的質(zhì)量，縮短了施工工期。

圖6 巷道表面位移監(jiān)測結(jié)果