動壓高抽巖巷高預(yù)應(yīng)力支護技術(shù)研究與應(yīng)用

冀建國

（陽泉煤業(yè)（集團）有限責(zé)任公司一礦，山西 陽泉 045008）

1 巷道概況

81304工作面井下位于十三采區(qū)西翼的南部，工作面布置進風(fēng)巷一條，回風(fēng)巷一條，走向高抽巷一條，低抽巷一條。其中走向高抽巷為15號煤上方布置的巖巷，作為工作面專用瓦斯抽放巷道。其中相鄰的81302工作面已回采完畢，81306工作面尚未回采。81304高抽巷與鄰近巷道的層位關(guān)系：巷道位于15號煤層上方，距離15號煤層垂直距離約42 m；巷道距離本工作面低位抽采巷水平距離約35 m，距離本工作面回風(fēng)巷水平距離約65 m。

巷道地面標(biāo)高1148～1260 m，井下標(biāo)高672～714 m，為全巖巷道，設(shè)計長度1800 m。煤層傾角最大11°，最小2°，平均7°左右。試驗巷道以石灰?guī)r為標(biāo)志層，沿其下部砂質(zhì)泥巖層掘進的全巖巷道。巷道直接頂為灰黑色石灰?guī)r，厚度約3.9 m；基本頂為灰黑色砂質(zhì)泥巖，厚度約9.2 m；巷道底板為灰黑色砂質(zhì)泥巖，厚度約4.0 m；該區(qū)域總體構(gòu)造形態(tài)為一單斜構(gòu)造。

本工作面上方有K2石灰?guī)r、、K3石灰?guī)r等含水層，因此該區(qū)域在掘進過程中局部地段可能會出現(xiàn)頂板淋頭水現(xiàn)象。巷道上方地表為山坡溝谷地帶，埋藏深度500 m以上，雨季期間，地表積水對巷道正常掘進無影響。根據(jù)臨近十三采區(qū)軌道巷、西副巷的采掘水文地質(zhì)情況，預(yù)計該面掘進時最大涌水量2 m3/h，正常涌水量0.2 m3/h。在掘進過程中，禁止越界開采，應(yīng)進行探測和疏排，堅持“預(yù)測預(yù)報，有掘必探、先探后掘、先治后采”的原則。

2 原方案評價分析

1）頂錨桿布置。頂錨桿使用Ф18 mm×1800 mm的圓鋼錨桿，每排布置6根，間距為840 mm，排距為900 mm。

2）錨索布置。錨索使用Ф17.8 mm×5200 mm的鋼絞線，每隔一排布置2根補強錨索，第一排布置在2、4眼，間隔一排布置在3、5眼。

3）幫錨桿布置。幫錨桿每幫每排布置2根，錨桿間距從頂板往下依次為400/900/1300 mm，使用Ф18 mm×1800 mm的圓鋼錨桿，排距為900 mm。

在原支護進行施工地點巷道范圍內(nèi)，頂板整體完整，局部有破碎，下沉控制在100 mm，部分段有少量錨索破斷。在局部頂板不佳地段，出現(xiàn)破碎網(wǎng)包，有塌頂現(xiàn)象。巷道兩幫有一定破壞，出現(xiàn)托板損壞，片幫掉矸，從而造成錨桿失效，支護效果不好。巷道兩幫錨桿托板護表面積小，造成的預(yù)應(yīng)力擴散效果較差，加之錨桿錨索的預(yù)應(yīng)力偏低，兩幫支護問題較大。

3 巷道新支護方案

3.1 頂板支護

1）頂錨桿布置。頂錨桿使用Ф20 mm×2000 mm的圓鋼錨桿，每排布置6根，間距為840 mm，排距為900 mm。

2）錨索布置。錨索使用Ф17.8 mm×6200 mm的鋼絞線，每隔一排布置2根補強錨索，錨索布置在兩排錨桿中間（距幫為1410 mm，間距為1680 mm）。錨索必須錨固到頂板上方穩(wěn)定巖層中1 m以上，預(yù)緊力不小于230 kN。

幫錨桿布置：幫錨桿使用Ф20 mm×2000 mm的圓鋼錨桿，每幫每排布置2根，錨桿間距從頂板往下依次為400/900/1300 mm，排距為900 mm。

頂板破碎時采用“錨桿+錨索+雙層經(jīng)緯金屬網(wǎng)”聯(lián)合支護。排距縮小為800 mm。其他支護材料不變。

3.2 巷道交叉點支護

3.2.1 鎖口方式

巷道開口前采用“錨索+鋼帶”進行鎖口支護，如果交叉點為丁字口，鋼帶呈“一”字型布置，如果交叉點為十字口，鋼帶呈“口”字型布置，鎖口錨索必須覆蓋全斷面并向兩端各延伸不小于5 m。

巷道開口5.0 m范圍內(nèi)進行加強支護，排距縮小為800 mm，每排布置1根規(guī)格不小于Ф17.8 mm×5200 mm的補強錨索。

3.2.2 支護材料

鎖口錨索使用Ф21.6 mm×7200 mm的鋼絞線，錨固劑使用MS雙速23/120型樹脂錨固劑，托梁使用長為5 m的3眼W鋼帶。如果封口兩端巷道寬度不達5 m時，托梁使用長為3 m的3眼W鋼帶。

巷道斷面支護布置如圖1所示。

圖1 巷道斷面支護布置圖（mm）

4 施工工藝

1）臨時支護形式。臨時支護采用DN28-200/90或DN25-250/90型內(nèi)注式單體液壓支柱（配備不少于8根），配合礦規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)鞋帽（帽：不小于1.2 m長的優(yōu)質(zhì)中道木，鞋：Ф220 mm圓木兩面取平、厚度100 mm以上，長400 mm）。每循環(huán)支設(shè)不少于4根，根據(jù)頂板劈口，圍巖情況，可調(diào)整臨時柱的間距或增加柱的數(shù)量，但必須采取先支后回的原則，打注錨桿、錨索必須在臨時支護下作業(yè)，任何人不能進入空頂區(qū)。

2）工藝流程。進入工作面前由工長進行工作面隱患排查，確認頂幫支護、瓦斯、安全設(shè)施等無隱患后，開始進行作業(yè)；現(xiàn)使用兩部氣腿鑿巖機進行炮眼施工，按照一炮三檢進行放炮；由工長按照要求進行敲幫問頂，并支設(shè)臨時支護，完成后方可進入工作面進行永久支護，先支護頂板，在支護兩幫；支護完成后，檢查施工質(zhì)量，全部達標(biāo)后進入下一個循環(huán)作業(yè)。

5 礦壓監(jiān)測分析

為確保支護安全和對比兩種方案支護效果，專門制定礦壓觀測方案，在新支護井下試驗期間，共進行了兩組礦壓監(jiān)測測站安裝。第一組位于790 m處；第二組位于860 m處。進行礦壓數(shù)據(jù)采集共計用時兩個月，全為掘進期間監(jiān)測。

1號測站巷道表面位移監(jiān)測曲線如圖2，頂板最大下沉量約27 mm，兩幫最大移近量約55 mm。

圖2 測站表面位移監(jiān)測曲線

2號測站巷道表面位移監(jiān)測曲線如圖3，頂板最大下沉量約20 mm，兩幫最大移近量約25 mm；考慮到巷道斷面尺寸，巷道變形整體來看較小，滿足當(dāng)初預(yù)計的變形要求。從變形時間來看，巷道的變形量主要集中在掘進工作面30 m范圍內(nèi)，超過此范圍巷道的變形量趨于穩(wěn)定，巷道圍巖變形量和變形速度較小。

圖3 測站表面位移監(jiān)測曲線

巷道整體支護效果很好，說明巷道掘進期間圍巖變形得到有效的控制。

頂錨桿初始預(yù)緊力在25～80 kN之間，平均值約50 kN，之后錨桿預(yù)緊力變化較為穩(wěn)定，總體來看錨桿受力相對穩(wěn)定，變化幅度不大。2號測站幫錨桿獲得初始預(yù)緊力在19.7～27.8 kN范圍之間，平均值約23.75 kN，之后錨桿預(yù)緊力變化幅度較為穩(wěn)定，幫錨桿工作阻力保持在20.1～27.8 kN范圍之間，平均值23.95 kN。錨桿受力漲幅不大，如下頁圖4。錨索初始預(yù)緊力位120 kN、178 kN，之后錨索受力值變化不大，直至穩(wěn)定，如圖5。

圖4 頂幫錨桿受力變化曲線

圖5 頂錨索受力變化曲線

通過兩組錨桿錨索受力監(jiān)測分析，結(jié)合前述巷道位移變形，巷道錨桿錨索均處于正常作用范圍內(nèi)，且起到主動及時支護作用，巷道表面位移也相對較小，處在允許變形范圍內(nèi)。說明巷道圍巖變形得到有效控制，巷道處于安全狀態(tài)，能夠滿足煤礦正常生產(chǎn)需要。