復(fù)合加強(qiáng)支護(hù)在井下特殊地段的推廣應(yīng)用研究

王鈺 李罡 田新 王成文

摘 要：錨網(wǎng)索支護(hù)是煤礦井下普遍使用的一種支護(hù)，優(yōu)點(diǎn)是成本低、施工快、支護(hù)效果好，但在特殊地點(diǎn)存在支護(hù)效果不理想，甚至可能因支護(hù)不達(dá)標(biāo)造成頂板事故。本文提出的復(fù)合支護(hù)既解決了特殊地點(diǎn)錨網(wǎng)索支護(hù)問題，也便于回收重復(fù)利用，符合現(xiàn)在煤炭企業(yè)增收節(jié)支的理念。

關(guān)鍵詞：錨網(wǎng)索;支護(hù);頂板

中圖分類號：TD353 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1003-5168（2019）17-0110-03

Abstract： Anchor mesh cable support is a kind of support commonly used in coal mine. Its main advantages are low cost， fast construction and good support effect， but there will be unsatisfactory support effect in special places， and even roof accidents may be caused by substandard support. The composite support proposed in this paper ?not only solves the problem of anchor mesh cable support in special places， but also is convenient for recovery and reuse， which is in line with the concept of increasing revenue and saving expenditure in coal enterprises.

Keywords： anchor mesh cable;support;roof

煤礦井下巷道支護(hù)的合理選擇關(guān)系著整個開采過程的安全生產(chǎn)。隨著煤礦開采深度和開采強(qiáng)度不斷增加，對煤礦巷道支護(hù)技術(shù)所起到的安全作用提出了更高要求。我國煤炭開采歷史悠久，支護(hù)也經(jīng)歷了多次變革，主要有棚式支護(hù)（木棚、工字鋼棚）、砌碹支護(hù)、U型鋼支護(hù)、錨桿支護(hù)、錨索支護(hù)等。隨著開采成本增加，需要在井下不同條件下選擇成本低且支護(hù)強(qiáng)度符合要求的支護(hù)方式。錨網(wǎng)索支護(hù)是大部分礦井使用的一種支護(hù)方式，具有以下幾點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：一是勞動強(qiáng)度低、施工速度快，符合目前礦井快速掘進(jìn)、快速支護(hù)的要求，能提高掘進(jìn)速度，縮短掘進(jìn)工期;二是支護(hù)效果好，能夠通過提高圍巖自穩(wěn)能力來提高巷道圍巖強(qiáng)度，對于成層、含裂隙巖體都有較好的效果;三是適用范圍廣，通過改變錨桿長度、直徑、間排距、錨桿端部的桁架聯(lián)系，結(jié)合錨索、梯子梁、噴砼等基本適用大部分范圍;四是支護(hù)成本低，符合現(xiàn)有煤炭行業(yè)節(jié)支增效形式。但錨網(wǎng)索支護(hù)也存在以下缺點(diǎn)：一是支護(hù)范圍仍有局限，達(dá)不到三軟煤層支護(hù)強(qiáng)度;二是錨網(wǎng)索支護(hù)巷道圍巖活動狀況具有隱蔽性，圍巖的破壞失穩(wěn)一般沒有明顯預(yù)兆，不易被人們察覺，頂板的破壞失穩(wěn)往往具有突發(fā)性且冒落規(guī)模較大[1]。

1 礦井基本情況

千秋煤礦位于義馬市南1～2km，是河南大有能源股份有限公司骨干礦井之一，礦井東鄰北露天礦和躍進(jìn)煤礦，西接耿村煤礦，北以煤層露頭線為界，南以F16斷層為界。井田走向長4.0～8.5km，傾斜長1.4～4.0km，面積17.645km2。井田含煤地層為中侏羅統(tǒng)義馬組，井田內(nèi)可采煤層由上而下發(fā)育有2-1煤、2-3煤（2-1煤和2-3煤合并后統(tǒng)稱為2-3煤）。

千秋煤礦為高瓦斯、沖擊地壓礦井，開采煤層為一類自燃。為降低沖擊地壓給礦井安全生產(chǎn)帶來的影響，礦井在2016年恢復(fù)生產(chǎn)后，經(jīng)研究決定，實(shí)施戰(zhàn)略轉(zhuǎn)移，暫停二水平生產(chǎn)活動，將采掘活動在由二水平轉(zhuǎn)移至一水平（+320m水平），在+320m水平大巷煤柱布置MZ101綜采工作面[2]。

2 工作面概況

2.1 地面相對位置及鄰近采區(qū)開采情況

MZ101工作面上巷對應(yīng)地表為丘陵，起伏較大，無村莊、水體。MZ101工作面上巷位于+320m水平大巷煤柱內(nèi)，北鄰+320m水平總回風(fēng)巷、山韭溝新建礦，南鄰+320m水平大巷、18091、18092工作面（已采），西鄰姚四下山煤柱。地面標(biāo)高+506～+588.9m，工作面標(biāo)高+297.9～+352.5m，平均采深222.1m。

2.2 煤層賦存特征

2.2.1 煤層。MZ101工作面上巷布置在二煤層中，沿2-3煤層底板掘進(jìn)。二煤層含2-1煤、2-3煤兩層煤，層間距1.2～2.3m，全煤層有益煤厚為5.6～9.8m，平均8.5m，煤層厚度變化區(qū)間大，自北向南，自東向西逐漸增厚，可采性指數(shù)Km=1，為較穩(wěn)定型厚煤層。

2-1煤為黑色塊狀及粉末狀，半亮型，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，含夾矸2-5層。夾矸主要為細(xì)砂巖、粉砂巖、泥巖，含矸率高，全層厚度5.2～10.5m，厚度變化較大。

2-3煤為黑色小塊狀及粉末狀，半亮型，半暗型，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，含炭質(zhì)泥巖夾矸3～5層。夾矸主要為細(xì)砂巖、粉砂巖、泥巖，全層厚度4.1～9.0m，厚度變化較大。

2.2.2 頂?shù)装濉６好簩又苯禹敒樯罨疑旅軤钅鄮r，井田內(nèi)由東向西逐漸變厚。老頂下部為泥巖、砂巖、礫巖互層，上部為厚層礫巖層。煤層底板在井田東部、西部以淺為礫巖，西部以深礫巖變薄，并漸變?yōu)轲ね翈r。結(jié)合MZ101工作面區(qū)域已有的鉆孔柱狀圖，對MZ101工作面區(qū)域煤巖層分布綜合分析如下。

2-1煤煤層直接頂為深灰色致密塊狀泥巖、性脆易斷，斷口呈平坦?fàn)?，含植物化石碎片，間夾極薄層細(xì)砂巖、粉砂巖，厚度1.5～4.6m，由東向西逐漸變厚，平均厚度1.2m，分布較穩(wěn)定。老頂為礫巖，平均厚度37.2m。煤層底板為細(xì)砂巖，厚度1.2～2.3m。老底為粉砂巖、泥巖、細(xì)砂巖、礫巖互層，泥質(zhì)膠結(jié)，厚度120.2～253m，平均厚度186.6m。

2-3煤煤層直接頂板為細(xì)砂巖，厚度1.2～2.3m。煤層直接底為灰色、深灰色礫巖，致密塊狀，間夾細(xì)砂巖、粉砂巖薄層，礫石成分以石英巖、石英砂巖為主，礫徑16～120mm，呈次核狀至次圓狀，分選性差，為泥質(zhì)-基底式膠結(jié)，厚度3.7～10m，平均厚度8.7m;老底為灰色細(xì)砂巖，夾深灰色泥巖條帶，發(fā)育多組壓性裂隙，厚度大于10m。

2.2.3 地質(zhì)構(gòu)造。在MZ101工作面上巷設(shè)計(jì)停采線以西478m處見F3-7正斷層，產(chǎn)狀288°∠50°～75°，落差1.7～2.7m，對MZ101工作面上巷掘進(jìn)有一定影響。MZ101掘進(jìn)工作面上巷東部有一寬緩、不對稱的向斜，向斜樞紐傾伏方向310°，傾伏角6°～9°，即該向斜樞紐由淺部向深部N27°E延伸，對煤層產(chǎn)狀有一定影響，局部煤體較破碎。

2.3 巷道斷面

MZ101工作面上巷巷道設(shè)計(jì)為微拱形斷面，凈寬5.5m，凈高3.5m，凈斷面積16.06㎡，設(shè)計(jì)腰線至底板高度1.2m。

MZ101工作面上巷采用全斷面錨網(wǎng)索支護(hù)方式。經(jīng)過支護(hù)參數(shù)設(shè)計(jì)，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)和現(xiàn)有材料，錨桿采用直徑22mm普通螺紋鋼左旋錨桿（屈服極限335MPa），錨桿長度取2.4m，間排距1 000mm×1 000mm，每排使用11根，錨桿預(yù)緊扭矩不小于300N·m，錨固力不小于127kN。錨索支護(hù)參數(shù)采用經(jīng)驗(yàn)類比法選取，MZ101工作面上巷寬度5.5m，采用直徑17.8mm×6.3m普通預(yù)應(yīng)力鋼絞線錨索。錨索錨固力不小于260kN，間排距2 000×2 000mm，每排數(shù)量3根滿足安全要求。

MZ101工作面上巷自2017年1月開始施工，于2017年10月建成，上巷400～480m及東部區(qū)段受地質(zhì)構(gòu)造影響，頂板破碎，在掘進(jìn)時曾因支護(hù)不到位，發(fā)生過小冒頂，在采取普通加強(qiáng)支護(hù)3個月后曾出現(xiàn)頂板下沉現(xiàn)象。MZ101工作面上巷掘進(jìn)期間過老巷7條，其中，3條平交，過老巷段頂板破碎，錨網(wǎng)索支護(hù)也不理想。

3 復(fù)合加強(qiáng)支護(hù)設(shè)計(jì)

MZ101工作面上巷400～480m頂煤破碎段和過老巷段頂板不穩(wěn)定，為錨網(wǎng)索支護(hù)不可靠地段。因此，為了保證巷道支護(hù)科學(xué)合理，在錨網(wǎng)索支護(hù)不能滿足安全生產(chǎn)需要時及時采取復(fù)合支護(hù)加強(qiáng)頂板管理。經(jīng)過多年支護(hù)經(jīng)驗(yàn)和多次支護(hù)試驗(yàn)，對比架設(shè)全斷面36U型微拱梁、巷道兩側(cè)雙液壓抬棚等支護(hù)優(yōu)缺點(diǎn)，最終采用了“新型36U型微拱梁+單體液壓支柱”支護(hù)形式[3]。

3.1 優(yōu)缺點(diǎn)對比

3.1.1 方案1。架設(shè)全斷面36U型微拱梁。優(yōu)點(diǎn)：全斷面支架，支護(hù)范圍大。缺點(diǎn)：①單獨(dú)采用全斷面36U型微拱梁，時間長、來壓時可能造成局部支護(hù)變形;②支護(hù)費(fèi)用高;③安裝、拆除、運(yùn)輸時勞動強(qiáng)度大，耗費(fèi)時間長。

3.2.2 方案2。巷道兩側(cè)雙液壓抬棚。優(yōu)點(diǎn)：支護(hù)強(qiáng)度大。缺點(diǎn)：①支護(hù)費(fèi)用高;②支護(hù)處支護(hù)強(qiáng)度大，抬棚之間及兩側(cè)支護(hù)弱，支護(hù)范圍較全斷面36U型微拱梁小。

3.2.3 方案3。新型36U型微拱梁+單體液壓支柱。優(yōu)點(diǎn)：腿梁更易搭接，后期回采時，拆棚速度快，省時省力，且支護(hù)強(qiáng)度可以滿足現(xiàn)場安全需要。缺點(diǎn)：巷道兩側(cè)支護(hù)強(qiáng)度較低，在巷道兩幫來壓后或維護(hù)不到位，易出現(xiàn)單體支柱歪斜或卸載，需定期檢查維護(hù)。

經(jīng)對比，最終采用了“新型36U型微拱梁+單體液壓支柱”支護(hù)形式。

3.2 新型36U型微拱梁+單體液壓支柱

架設(shè)36U型微拱梁配單體液壓柱支護(hù)，一梁兩柱，單體液壓柱采用DW38-250/110LX單體液壓柱，棚距0.8m;柱窩0.2m。單體柱及液壓抬棚打設(shè)后采取可靠防倒措施，單體柱與微拱梁采用不小于13mm鋼絲繩配繩卡子捆綁防倒，單體液壓支柱初撐力不能小于90kN。

3.2.1 支護(hù)斷面圖。支護(hù)斷面圖如圖1所示。

<C：＼Users＼hnkj＼Desktop＼河南科技（創(chuàng)新驅(qū)動）2019年第17期_103970＼Image＼image1_1_2.png>[5 500][4 500][3 500][南幫][單體支柱][風(fēng)筒][1 000][36U型微拱梁][單體支柱][液壓抬棚][450][北幫]

圖1 MZ101上巷架棚支護(hù)圖

3.2.2 施工方案。架設(shè)36U型微拱梁配單體液壓柱，先對頂板下沉嚴(yán)重段架設(shè)進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù)，架設(shè)微拱梁后，重新升緊液壓抬棚，達(dá)到支護(hù)強(qiáng)度，逐架進(jìn)行。

3.2.3 架棚技術(shù)要求。①36U型微拱梁，間距誤差不大于50mm，梁水平度不大于40mm，支架梁扭矩不大于50mm，前傾后仰不大于1°。②原則上不動頂，巷道肩膀頭及幫上有網(wǎng)兜、渣包及時剪網(wǎng)放掉，若錨桿失效，及時補(bǔ)打錨桿支護(hù)，并對周圍的錨桿重新緊固達(dá)到要求。③上幫（行人側(cè)）單體柱垂直打設(shè)后距道軌不得低于0.45m，下幫單體柱可傾斜打設(shè)，鐵管子及風(fēng)筒要在巷道南幫。④架棚不得出現(xiàn)前傾后仰、調(diào)斜現(xiàn)象，柱腳加墊木，中腰線誤差不得超過±50mm;嚴(yán)禁空頂，出現(xiàn)空頂距離超過200mm以上時用圓木、半圓木絞架背頂，背牢背實(shí)。⑤架棚施工工藝：施工前準(zhǔn)備—挖柱窩—降液壓抬棚—上梁—升緊液壓抬棚—豎單體柱—安裝防倒繩。

4 其他預(yù)防措施

4.1 加強(qiáng)施工現(xiàn)場管理，抓好錨桿錨網(wǎng)的安裝質(zhì)量

施工打眼時，要嚴(yán)格按標(biāo)記深度鉆眼，錨桿眼的深度應(yīng)小于錨桿長度50mm，誤差不超過10mm，以利于安裝后托板緊貼煤壁面。錨桿錨索安裝必須按照作業(yè)規(guī)程規(guī)定的施工操作程序進(jìn)行，預(yù)緊力必須達(dá)到設(shè)計(jì)要求，托盤要緊貼煤壁面。在條件變化地帶，要根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況調(diào)整支護(hù)密度增加支護(hù)強(qiáng)度。

4.2 頂板離層觀測

頂板離層儀用于監(jiān)測巷道頂板、巷幫的圍巖層分離產(chǎn)生的位移，作為頂板安全管理技術(shù)的一項(xiàng)措施，為錨桿支護(hù)的設(shè)計(jì)及工程經(jīng)驗(yàn)積累提供可靠數(shù)據(jù)依據(jù)。為了準(zhǔn)確反映頂板的變化情況，在巷道拐點(diǎn)前30m安裝頂板離層儀，以后每隔50m安裝一個，施工單位記錄好原始數(shù)據(jù)。距迎頭50m（含50m）以內(nèi)每天觀測一次;50m以外每周觀測一次，觀測點(diǎn)實(shí)行掛牌管理，專人負(fù)責(zé)觀測數(shù)據(jù)，建立觀測檔案。生產(chǎn)技術(shù)管理部門對觀測數(shù)據(jù)隨時進(jìn)行認(rèn)真對比分析，總結(jié)頂板變化的規(guī)律性，主要確定巷道頂板下沉等現(xiàn)象。若頂板下沉量超過10mm/d，應(yīng)采取加強(qiáng)復(fù)合加強(qiáng)支護(hù)措施進(jìn)行處理。

5 結(jié)語

此加強(qiáng)復(fù)合支護(hù)在MZ101工作面掘進(jìn)時解決了支護(hù)強(qiáng)度弱的問題，經(jīng)過使用，完全滿足現(xiàn)場安全生產(chǎn)需要。通過加強(qiáng)復(fù)合支護(hù)，并推廣應(yīng)用到礦井其他巷道丁字口、十字頭、地質(zhì)條件變化帶、過老巷段、鉆場口等錨網(wǎng)索支護(hù)強(qiáng)度達(dá)不到的地段，不僅增加了支護(hù)強(qiáng)度、控制了頂板、減少了重復(fù)擴(kuò)修，而且此加強(qiáng)復(fù)合支護(hù)可快速投入使用、可重復(fù)使用，減少材料投入，符合現(xiàn)在煤炭企業(yè)增收節(jié)支的理念[4]。

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