辛置煤礦回采巷道錨網(wǎng)索支護(hù)技術(shù)研究

鄭田野

（霍州煤電集團(tuán)辛置煤礦，山西 霍州 031412）

1 工程概況

巷道作為礦井生產(chǎn)系統(tǒng)的重要組成部分，主要擔(dān)負(fù)著行人、通風(fēng)以及運(yùn)輸?shù)热蝿?wù)[1-2]。隨著開(kāi)采深度的增加，大多數(shù)巷道處于高地應(yīng)力區(qū)域，且巷道圍巖強(qiáng)度低，結(jié)構(gòu)面不穩(wěn)定，巖石破碎，容易受到地質(zhì)構(gòu)造以及相鄰工作面開(kāi)采擾動(dòng)等因素的影響，巷道破壞變形嚴(yán)重，巷道支護(hù)困難，維護(hù)成本過(guò)高[3-4]。因此，根據(jù)礦井巷道作用、服務(wù)年限和圍巖性質(zhì)制定合理、經(jīng)濟(jì)、安全的支護(hù)方案是保障礦井安全生產(chǎn)的有效手段[5]。

辛置煤礦2-216綜采工作面位于310 m水平二采區(qū)，其巷道布置平面示意圖如圖1。工作面所采2#煤層位于二疊系下統(tǒng)山西組，煤層穩(wěn)定可采，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，含兩層夾矸。煤層整體為單斜構(gòu)造，東北高西南低，工作面煤層整體坡度較小，煤層傾角平均為9°。工作面運(yùn)輸巷與回風(fēng)巷均沿煤層走向布置，巷道斷面形狀為矩形，設(shè)計(jì)尺寸4.2 m×3.2 m，長(zhǎng)度為669 m。工作面回采巷道采用錨網(wǎng)索聯(lián)合支護(hù)技術(shù)，有效解決了巷道頂?shù)装鍑鷰r強(qiáng)度低、整體破碎、存在較多裂隙、巷道支護(hù)困難、圍巖變形難以控制等問(wèn)題。

圖1 2-216綜采工作面巷道布置示意圖

2 錨網(wǎng)索支護(hù)機(jī)理分析

回采巷道在支護(hù)過(guò)程中，通過(guò)對(duì)錨桿尾部的螺母進(jìn)行擰緊，將力傳遞到錨桿托盤(pán)上，對(duì)錨桿桿體施加軸向拉力（kN）、錨桿螺母施加力矩（N·m）。在錨桿尾部的拉應(yīng)力區(qū)通過(guò)托盤(pán)傳遞到巷道圍巖，壓應(yīng)力區(qū)在巷道表面出現(xiàn)，錨桿錨固范圍內(nèi)的圍巖被壓縮，在錨固范圍內(nèi)的圍巖不易出現(xiàn)明顯的離層、滑動(dòng)與拉應(yīng)力區(qū)，進(jìn)而提高巷道圍巖整體穩(wěn)定性。圖2為錨網(wǎng)索聯(lián)合支護(hù)技術(shù)示意圖。

由圖2可知，在巷道支護(hù)過(guò)程中，錨桿與錨桿之間在巷道錨固區(qū)圍巖形成具有一定厚度的有效壓應(yīng)力拱，增強(qiáng)支護(hù)體系的穩(wěn)定性與自身承載能力，提高巷道圍巖穩(wěn)定性，減緩巷道圍巖塑性區(qū)進(jìn)一步拓展。當(dāng)回采巷道受到工作面開(kāi)采擾動(dòng)以及工作面來(lái)壓的影響，巷道塑性區(qū)開(kāi)始增大，當(dāng)巷道冒落范圍大于錨桿錨固區(qū)的有效應(yīng)力區(qū)范圍時(shí)，錨桿錨固會(huì)失效，造成巷道頂板與錨固體系產(chǎn)生滑移，巷道頂板可能會(huì)產(chǎn)生冒頂。為了防止巷道頂板出現(xiàn)冒頂事故，采用錨網(wǎng)索聯(lián)合支護(hù)手段，通過(guò)在巷道頂板設(shè)置錨索，增大錨固區(qū)范圍，將錨索與錨桿聯(lián)合支護(hù)，實(shí)現(xiàn)巷道頂板錨桿之間形成的壓應(yīng)力拱結(jié)構(gòu)與巷道頂板上方穩(wěn)定巖層相連接，最大限度地利用上部穩(wěn)定巖層提高圍巖-錨固支護(hù)體系的整體穩(wěn)定性與圍巖自身承載能力，進(jìn)而達(dá)到預(yù)防巷道頂板冒頂以及改善巷道錨固效果的目的。

圖2 巷道錨網(wǎng)索聯(lián)合支護(hù)技術(shù)示意圖

3 巷道支護(hù)方案及效果檢驗(yàn)

3.1 巷道支護(hù)方案

對(duì)巷道頂板和兩幫分別進(jìn)行支護(hù)設(shè)計(jì)，巷道支護(hù)設(shè)計(jì)圖如圖3。

（1）頂板支護(hù)設(shè)計(jì)

巷道頂板采用“錨網(wǎng)索配合鋼筋網(wǎng)、鋼筋梯子梁及鋼帶”聯(lián)合支護(hù)。圖3（a）為頂板支護(hù)平面圖。

錨桿布置：頂板布置7根左旋無(wú)縱筋螺紋鋼等強(qiáng)錨桿，規(guī)格為Ф20 mm×3000 mm，間排距為800 mm×800 mm；托盤(pán)規(guī)格為150 mm×150 mm×10 mm鋼板壓制成弧形。每孔采用2個(gè)MSK快速樹(shù)脂錨固劑；錨桿錨固長(zhǎng)度0.8 m，預(yù)緊力為100 kN，頂板角錨桿安裝角度為15°。鋼筋網(wǎng)規(guī)格：Ф6.5 mm×900 mm×1600 mm，相鄰兩塊鋼筋網(wǎng)之間采用“彎鉤”連接。

錨索布置：錨索規(guī)格Ф17.8 mm×6000 mm。頂板完整時(shí)采用“3-0-0-3”方式布置，間排距為1500 mm×1600 mm；托盤(pán)規(guī)格300 mm×300 mm鋼板壓制成弧形；每個(gè)錨索孔采用1個(gè)MSK快速樹(shù)脂錨固劑和2個(gè)MSZ中速樹(shù)脂錨固劑錨固。錨索預(yù)緊力為200 kN。

（2）兩幫支護(hù)設(shè)計(jì)

巷道兩幫采用“錨桿+鋼筋梯+雙層網(wǎng)”聯(lián)合支護(hù)。圖3（b）為兩幫支護(hù)平面圖。

錨桿布置：型號(hào)為Ф20 mm×2500 mm左旋無(wú)縱筋螺紋鋼等強(qiáng)錨桿，間排距為800 mm×800 mm，托盤(pán)規(guī)格為150 mm×150 mm×10 mm鋼板壓制成弧形。幫部為煤體時(shí)，每個(gè)錨桿孔采用1個(gè)MSK快速樹(shù)脂錨固劑和1個(gè)MSZ中速樹(shù)脂錨固劑錨固；幫部為巖體時(shí)，每個(gè)錨桿孔采用2個(gè)MSZ中速樹(shù)脂錨固劑錨固。其中，錨桿錨固長(zhǎng)度為0.8 m，預(yù)緊力為100 kN，頂板角錨桿安裝角度為10°。

鋼筋網(wǎng)規(guī)格：Ф6.5 mm×900 mm×1600 mm，鋼筋網(wǎng)布置：頂部布置4塊網(wǎng)，從巷道中心線向兩側(cè)各布置2塊，剩余部分在肩窩處彎曲布置，保證寬度為4.7 m，并且護(hù)嚴(yán)兩肩窩；硬質(zhì)塑料網(wǎng)規(guī)格為1 m×12 m，搭接100 mm。

巷道支護(hù)斷面圖如圖3（c）。

圖3 巷道錨網(wǎng)索支護(hù)設(shè)計(jì)圖

3.2 工程效果檢驗(yàn)

為驗(yàn)證2-216工作面回采巷道錨網(wǎng)索聯(lián)合支護(hù)技術(shù)方案的合理性，制定回采巷道礦壓監(jiān)測(cè)方案，監(jiān)測(cè)2-216工作面回采巷道表面位移。通過(guò)對(duì)測(cè)站距2-216工作面不同距離的巷道表面位移數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，總結(jié)回采巷道表面位移的變化規(guī)律，具體變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)如圖4。

由圖4可知，隨著2-216工作面推進(jìn)，巷道變形量逐漸變大。巷道兩幫最大位移量分別為220 mm、260 mm，頂?shù)装逡平孔畲蠓謩e為140 mm、160 mm。頂板基本無(wú)離層，巷道位移小，兩幫移近量較小，且是整體位移，回采巷道圍巖穩(wěn)定性得到提升，巷道在工作面回采期間的安全性得到了保障。

圖4 兩類(lèi)巷道變形監(jiān)測(cè)情況

4 結(jié)論

（1）回采巷道由于圍巖強(qiáng)度低，結(jié)構(gòu)面不穩(wěn)定，巖石破碎，容易受到地質(zhì)構(gòu)造、相鄰工作面開(kāi)采擾動(dòng)以及周期來(lái)壓等因素的影響，巷道支護(hù)困難，維護(hù)成本過(guò)高。結(jié)合2-216工作面回采巷道的實(shí)際情況，提出了錨網(wǎng)索聯(lián)合支護(hù)技術(shù)，采用錨索與錨桿聯(lián)合支護(hù)，提高圍巖-錨固支護(hù)體系的整體穩(wěn)定性與圍巖自身承載能力，進(jìn)而達(dá)到預(yù)防巷道頂板冒頂以及改善巷道錨固效果的目的。

（2）分別對(duì)回采巷道的頂板和兩幫進(jìn)行支護(hù)設(shè)計(jì)，并通過(guò)測(cè)站對(duì)距工作面不同距離的巷道表面位移數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。巷道頂板基本無(wú)離層，巷道位移較小，回采巷道圍巖整體性得到提升，巷道在工作面回采期間的安全得到保障。