錨桿配錨索交替支護(hù)技術(shù)在深部巷道支護(hù)中的應(yīng)用

張紅武

(平頂山天安煤業(yè)股份有限公司十一礦，河南 平頂山 467000)

0 引言

平頂山礦區(qū)是我國(guó)地質(zhì)條件最復(fù)雜的礦區(qū)之一，煤系地質(zhì)松軟是典型的軟巖礦區(qū)。平煤十一礦受煤層傾角大、埋深大、地質(zhì)條件復(fù)雜等地質(zhì)因素的影響，特別是己組煤層頂板為復(fù)合頂板，圍巖構(gòu)造應(yīng)力普遍大于其他礦井，巷道支護(hù)難度大，圍巖應(yīng)力集中，巷道變形收斂異常顯現(xiàn)，長(zhǎng)期以來(lái)雖采用多種支護(hù)形式，效果均不理想，巷道圍巖仍的不到有效控制，在短時(shí)間內(nèi)就要反復(fù)維修，成本極高，不能滿足生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)需求。十一礦己四下山采區(qū)，作為十一礦近期階段煤炭的主要戰(zhàn)場(chǎng)，隨著現(xiàn)代綜采綜掘機(jī)械化水平提高，時(shí)間工期都在與掘進(jìn)和回采的生產(chǎn)效益賽跑。采用常規(guī)的支護(hù)技術(shù)已不滿足在高產(chǎn)高效狀態(tài)下支護(hù)環(huán)境巷道支護(hù)需求，一種簡(jiǎn)便快捷易操作，安全高效質(zhì)量高的支護(hù)理念及方法就顯的極其重要。為此，平煤十一礦在己四采區(qū)礦壓變形規(guī)律和錨網(wǎng)支護(hù)機(jī)理的基礎(chǔ)上進(jìn)行分析研究，提出了實(shí)施高應(yīng)力深部煤礦礦井巷道高強(qiáng)錨桿配錨索多層次交替支護(hù)技術(shù)的應(yīng)用，在實(shí)驗(yàn)中取得了較好效果。

1 工程概況

1.1 地質(zhì)概述

平煤十一礦己16-17-24080工作面，己16-17煤層傾角8°～15°，一般為12°，煤厚4.4～6.7 m；一般5.76 m，己16-17煤層直接頂為1.5～2.6 m厚的泥巖或細(xì)砂巖，局部夾1～3層的0.1～0.2 m厚的煤線，老頂為8～21.7 m厚的砂質(zhì)泥巖或砂巖，直接底為5～11 m厚的泥巖，老底為2～8 m厚的L2灰?guī)r。垂直埋深平均800 m左右，巷道圍巖應(yīng)力較高。煤層松軟，頂板整體承壓能力較差。

1.2 巷道圍巖變形分析

根據(jù)礦山壓力作用下出現(xiàn)的“斷裂-損傷-流變”變化規(guī)律配合已四己16-17-24080機(jī)巷巷道煤層地質(zhì)柱狀圖。巷道頂板有砂巖或砂質(zhì)泥巖，而且巷道頂板局部破碎，兩幫煤體松軟，頂板采用高強(qiáng)錨桿錨桿、4 m錨索、7.5 m錨索配剛性托梁聯(lián)合支護(hù)，實(shí)現(xiàn)高強(qiáng)度對(duì)巷道頂板圍巖的整體加強(qiáng)錨固，同時(shí)由于受?chē)鷰r應(yīng)力影響，巷道兩幫承壓遞增，礦壓顯現(xiàn)異常強(qiáng)烈，再者底板底鼓，兩幫煤體脆弱易碎斷裂流變，容易形成圍巖松動(dòng)圈，2.6 m錨桿支護(hù)強(qiáng)度受限，更易造成兩幫收斂變形，在巷道圍巖多重應(yīng)力及特殊環(huán)境的影響下，巷道圍巖變形量更是顯現(xiàn)突出。

1.3 支護(hù)參數(shù)的確定

1.3.1 支護(hù)機(jī)理

高強(qiáng)度錨桿索支護(hù)能主動(dòng)實(shí)現(xiàn)煤巖體物理力學(xué)性能力驅(qū)穩(wěn)固，縮小圍巖三向應(yīng)力差值和加固圍巖完整性，加強(qiáng)圍巖強(qiáng)度的支護(hù)優(yōu)點(diǎn)，結(jié)合巷道易壓裂特性，提出的“高應(yīng)力深部煤礦礦井巷道高強(qiáng)錨桿配錨索多層次交替支護(hù)技術(shù)的應(yīng)用”設(shè)計(jì)方案，充分利用高強(qiáng)度錨桿支護(hù)，配合7.5 m、4 m錨索加剛性托梁實(shí)現(xiàn)多層次加固錨固，有效的控制了頂板離層冒落及兩幫收斂變形。

1.3.2 支護(hù)參數(shù)的確定

1)己16-17-24080機(jī)巷原設(shè)計(jì)支護(hù)形式為錨網(wǎng)支護(hù)，具體支護(hù)形式為：頂板采用φ22 mm×2 600 mm高強(qiáng)讓壓錨桿，配鋼帶梁支護(hù)，頂板采用φ21.8 mm×7 500 mm及φ21.8 mm×4 000 mm的錨索配36U托梁間隔布置加強(qiáng)支護(hù)，頂錨索間排距1 500 mm×750 mm。

2)在原有支護(hù)基礎(chǔ)上采用兩幫錨索托梁支護(hù)，兩幫采用高強(qiáng)錨桿支護(hù)， 4 m加強(qiáng)錨索加固支護(hù)，支護(hù)形式為：下幫錨桿采用φ22 mm×2 600 mm高強(qiáng)錨桿，配鋼帶梁支護(hù)；上幫錨桿采用φ22 mm×2 600 mm高強(qiáng)錨桿配鋼帶梁支護(hù)，上幫及頂板錨桿間排距750 mm×750 mm，下幫錨桿間排距700 mm×750mm，兩幫錨索支護(hù)形式為：φ21.8 mm×4 000 mm錨索配36U型鋼托梁，錨索間排距1 400 mm×1 600 mm。

2 礦壓監(jiān)測(cè)與分析

2.1 礦壓觀測(cè)

每間隔50 m設(shè)立1個(gè)測(cè)站，每站設(shè)立不少2組測(cè)點(diǎn)，每組測(cè)點(diǎn)間距不超過(guò)15 m，每組分別在頂、底、兩幫中部布設(shè)測(cè)點(diǎn)，使用毫米鋼尺、小線等工具測(cè)量，并對(duì)巷道圍巖變形情況進(jìn)行觀測(cè)。

礦壓分析： 2018年9月1日開(kāi)始對(duì)080機(jī)巷10#測(cè)點(diǎn)前46.0 m附近布置了“十字”位移觀測(cè)點(diǎn)。根據(jù)該測(cè)點(diǎn)觀測(cè)數(shù)據(jù)顯示，2018年9月1日—2月28日180 d內(nèi)，該處巷道上幫收斂130 mm，下幫收斂220 mm，共計(jì)收斂350 mm，平均每月上幫收斂21.6 mm，下幫收斂36.6 mm，共計(jì)58.3 mm。巷道在同比條件下己16-17-24030機(jī)巷兩幫收斂量1 200 mm相比，平均減少850 mm左右，分析對(duì)比，該巷道在采取多層次交替支護(hù)后兩幫收斂量減少了將近2/3。巷道圍巖得到了有效控制，達(dá)到了較好支護(hù)效果。

2.2 頂板離層儀情況

在每礦壓觀測(cè)站設(shè)立同時(shí)及時(shí)在頂板中部設(shè)立頂板離層儀，對(duì)頂板離層變化情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)， 將4組變化數(shù)值進(jìn)行加權(quán)平均后整理得下表，結(jié)果表明巷道頂板離層37 mm，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于同比條件下己16-17-24030機(jī)巷頂板離層平均在210 mm，對(duì)巷道頂板深部圍巖起到了較好控制作用。

礦壓分析：己16-17-24081機(jī)巷支護(hù)形式為錨網(wǎng)，根據(jù)該測(cè)點(diǎn)觀測(cè)數(shù)據(jù)顯示，2018年9月1日—2月28日180 d時(shí)間，累計(jì)疊加頂板下沉量為39 mm。遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于同比條件下埋深相對(duì)較淺的己16-17-24030機(jī)巷頂板離層平均值210 mm，同時(shí)該測(cè)點(diǎn)附近巷道受埋深采動(dòng)影響礦壓顯現(xiàn)，底鼓量大。事實(shí)證明，移交安裝，回采期間，該機(jī)巷無(wú)挑頂維修巷道。

3 經(jīng)濟(jì)技術(shù)分析

3.1 技術(shù)比較

1)施工工藝簡(jiǎn)單，易推廣，有利于提高工作效率。

2)兩幫錨索施工工藝簡(jiǎn)單，易操作，便于職工掌握。

3)7.5 m、4 m錨索支護(hù)，多層次交替支護(hù)有效的加強(qiáng)了對(duì)復(fù)合軟巖頂板的支護(hù)，提高了支護(hù)強(qiáng)度。

4)錨索、鋼帶、剛性托梁加大接觸面，控制圍巖變形量，同時(shí)形成一個(gè)有機(jī)體，從而提高整體支護(hù)能力。

3.2 經(jīng)濟(jì)比較

己16-17-24080機(jī)巷采用高應(yīng)力錨桿索強(qiáng)支護(hù)技術(shù)與同等條件下己16-17-24030機(jī)巷采用錨桿索支護(hù)方法相比。同時(shí)對(duì)比正在回采的己16-17-24081工作面機(jī)巷，巷道圍巖變形情況及失修情況。巷道圍巖兩幫變形量減少800～1 200 mm，頂板下沉量明顯減少了300～800 mm。極大地控制了頂板下沉和兩幫的收斂變形，巷道失修率由原來(lái)的60%減少到5%以下，僅此就減少維修費(fèi)用59.7萬(wàn)元。

4 結(jié)語(yǔ)

平煤十一礦根據(jù)中科院專(zhuān)家客座課題研究及平煤集團(tuán)開(kāi)拓處要求，在己四采區(qū)地質(zhì)條件復(fù)雜、礦壓變形規(guī)律和錨網(wǎng)支護(hù)機(jī)理的基礎(chǔ)上進(jìn)行分析研究，提出了實(shí)施高應(yīng)力深部煤礦礦井巷道高強(qiáng)錨桿配錨索多層次交替支護(hù)技術(shù)。該技術(shù)充分利用錨桿索支護(hù)主動(dòng)能力，縮小圍巖三向應(yīng)力差值和加固三向圍巖完整性，恢復(fù)圍巖強(qiáng)度的支護(hù)優(yōu)點(diǎn)，減小頂板嚴(yán)重下沉威脅，有效的控制了兩幫收斂變形。該技術(shù)在圍巖應(yīng)力分散，地質(zhì)條件復(fù)雜的軟巖礦區(qū)，特別是在深井復(fù)合頂板特大斷面、大跨度的切眼圍巖巷道中，具有較好的應(yīng)用價(jià)值和推廣前景，目前已經(jīng)在平煤集團(tuán)公司十一礦己四、己二、戊二下山采區(qū)和丁六石門(mén)主要巷道推廣使用。