超化礦“三軟”煤巷錨網(wǎng)支護(hù)技術(shù)研究

摘要：在對(duì)超化礦主采煤層賦存特征進(jìn)行調(diào)查分析的基礎(chǔ)上，根據(jù)22031工作面下付巷采礦地質(zhì)條件，采用高強(qiáng)穩(wěn)定型錨網(wǎng)支護(hù)技術(shù)，針對(duì)巷道掘進(jìn)過程中遇到的各種工程問題、復(fù)雜地質(zhì)條件，采取相對(duì)應(yīng)的技術(shù)措施，在保證巷道使用安全的前提下，通過支護(hù)方式變革，創(chuàng)造了良好的經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益。

關(guān)鍵詞：“三軟”煤層;錨網(wǎng)支護(hù);承載性能;支護(hù)變革

1 引言

長期以來受“三軟”煤層賦存條件影響，鄭州礦區(qū)煤巷支護(hù)一直以被動(dòng)支護(hù)為主。近年來隨著礦井開采深度不斷加大，巷道支護(hù)方式不僅從剛性金屬支架升級(jí)為U型鋼可縮性支架，而且U型鋼型號(hào)也由U25逐步加大至U36。傳統(tǒng)的U型鋼架棚支護(hù)只有在壁后充填密實(shí)，均勻受壓情況下才能發(fā)揮較好的支護(hù)作用，且U型鋼支架費(fèi)用高，工人勞動(dòng)強(qiáng)度大，工作面回采期間還需進(jìn)行坑木替棚作業(yè)。隨著礦井開采深度不斷加大，巷道圍巖承受壓力也隨之增大，巷道支護(hù)狀況勢必將進(jìn)一步惡化，如果只是一味加大U型鋼型號(hào)，不僅會(huì)大大增加支護(hù)成本，給輔運(yùn)系統(tǒng)造成更大壓力，其支護(hù)效果也不能得到很好保證。深部“三軟”煤巷支護(hù)問題，已成為影響鄭州礦區(qū)未來可持續(xù)發(fā)展的重大技術(shù)難題。自2013年以來，鄭煤集團(tuán)公司大力開展“三軟”煤巷的支護(hù)改革，開始積極嘗試錨網(wǎng)支護(hù)。鄭煤集團(tuán)超化礦22031工作面下付巷為全錨網(wǎng)支護(hù)巷道，解決錨網(wǎng)支護(hù)技術(shù)難題，保證巷道使用安全，對(duì)于提高礦井經(jīng)濟(jì)效益有重要意義。

2 工程地質(zhì)概況

鄭煤集團(tuán)超化礦22031工作面下付巷主要用于22031工作面運(yùn)料和回風(fēng)，西部為22041工作面采空區(qū)，北部、南部、東部均為未采動(dòng)區(qū)域。巷道主要施工層位為二1煤層及其下部底板巖層，其中二1煤層走向110～170°，傾向200～260°，傾角4°～12°，平均傾角9°，平均煤厚8.5m。二1煤層受發(fā)生于印支早期到印支晚期這一時(shí)間段內(nèi)豫西滑動(dòng)構(gòu)造影響，二1煤層形成了厚度整體變化較大，局部區(qū)域變化極大的賦存特征，煤層呈粉狀構(gòu)造、且煤層內(nèi)滑面、摩擦鏡面比較發(fā)育的結(jié)構(gòu)特征。

超化礦22031工作面下付巷煤層及頂、底板巖性見表1。

3 錨網(wǎng)支護(hù)方案

22031工作面下付巷設(shè)計(jì)為矩形斷面，凈寬×凈高=4.8×3.0m，誤差±300mm，巷道凈斷面14.4m。巷道采用錨網(wǎng)索+鋼筋梯子梁支護(hù)，其中，頂板支護(hù)方式為：錨桿+鋼筋梯子梁（沿周向布置）+雙層網(wǎng)（黑色硬質(zhì)塑料網(wǎng)+鋼筋網(wǎng)）+錨索;兩幫支護(hù)方式為：錨桿+鋼筋梯子梁（沿周向布置）+雙層網(wǎng)（黑色硬質(zhì)塑料網(wǎng)+鋼筋網(wǎng)）。頂板和兩幫均采用規(guī)格為Ф20×2400mm左旋無縱筋等強(qiáng)螺紋鋼錨桿，頂板錨桿間排距750×800mm，幫部錨桿間排距800×800mm。頂板錨桿使用Z2350（中速）和K2350（快速）樹脂錨固劑各1卷，而幫部錨桿只使用1卷K2370（快速）樹脂錨固劑。錨桿托盤為140×140×10mm方型托盤。安裝錨桿時(shí)沿周向布置鋼筋梯子梁，鋼筋梯子梁使用直徑14mm的鋼筋焊接制成，頂板鋼筋梯子梁規(guī)格為4600×70mm，兩幫鋼筋梯子梁規(guī)格為2800×70mm。采用黑色硬質(zhì)塑料網(wǎng)+鋼筋網(wǎng)雙層網(wǎng)護(hù)表，黑色硬質(zhì)塑料網(wǎng)規(guī)格為1.2×11m，鋼筋網(wǎng)規(guī)格為1.0×2.0m。網(wǎng)與網(wǎng)搭接長度不小于100mm，鋼筋網(wǎng)與硬質(zhì)塑料網(wǎng)使用14#以上雙股鐵絲聯(lián)網(wǎng)。

22031工作面下付巷掘進(jìn)過程中，當(dāng)煤層厚度小于5m時(shí)跟頂掘進(jìn)，當(dāng)煤層厚度大于5m時(shí)跟底掘進(jìn)。頂煤厚度大于5m時(shí)使用規(guī)格為φ18.9×8250mm錨索;頂煤厚度在3～5m時(shí)使用7.25m長錨索;頂煤厚度小于3m時(shí)使用5.25m長錨索。每根錨索使用兩支Z2350和一支K2350樹脂錨固劑，錨固長度1.5m。錨索托盤為廢舊U型鋼壓制的平托板，規(guī)格為300×280mm。

22031工作面下付巷錨網(wǎng)支護(hù)方案見圖1。

4 錨網(wǎng)支護(hù)效果分析

4.1 巷道表面位移變化規(guī)律

錨網(wǎng)支護(hù)作為一種新的支護(hù)技術(shù)，與傳統(tǒng)支護(hù)方式相比，在改善支護(hù)效果、降低支護(hù)成本、加快成巷速度、減輕勞動(dòng)強(qiáng)度、提高巷道斷面利用率、簡化回采面端頭區(qū)維護(hù)工藝等方面的優(yōu)越性十分突出。超化礦22031工作面下付巷在實(shí)施高強(qiáng)錨網(wǎng)支護(hù)的同時(shí)，建立了相應(yīng)的觀測站，監(jiān)測巷道圍巖表面位移變化規(guī)律與頂板深部圍巖位移變化規(guī)律。

22031工作面下付巷圍巖表面位移變化規(guī)律見圖2，頂板深部圍巖位移變化規(guī)律見圖3。

由圖3可知，新掘巷道采用錨網(wǎng)索支護(hù)后，巷道頂?shù)装遄冃卧诰嗑蜻M(jìn)頭96m左右時(shí)趨于穩(wěn)定，頂?shù)装遄畲笞冃瘟繛?23mm，巷道兩幫變形量相對(duì)較大，在距掘進(jìn)頭83m左右時(shí)趨于穩(wěn)定，兩幫最大移近量182mm。巷道采用錨網(wǎng)支護(hù)后效果良好。

由圖4可知，3m深基點(diǎn)與7m深基點(diǎn)位移量均在距掘進(jìn)頭185m左右時(shí)趨于穩(wěn)定，3m深基點(diǎn)在整個(gè)觀測期間共產(chǎn)生23mm位移量，7m深基點(diǎn)在整個(gè)觀測期間共產(chǎn)生33mm的位移量。22031工作面下付巷圍巖自身特性較差，強(qiáng)度較低，流變特性非常明顯，整個(gè)巷道圍巖結(jié)構(gòu)松軟破碎，故其深部圍巖位移量相較于一般巷道要高一些。

4.2 特殊地質(zhì)條件下錨網(wǎng)支護(hù)技術(shù)分析

22031下付巷有15m左右巷道頂錨索錨固效果差，失錨率達(dá)50%。通過深入的現(xiàn)場調(diào)查，查找造成錨索失錨率高的原因，并制定相應(yīng)對(duì)策。通過對(duì)所有錨索進(jìn)行抽查，對(duì)于預(yù)緊力達(dá)不到規(guī)定要求的錨索全部拉出后進(jìn)行補(bǔ)打。補(bǔ)打錨索時(shí)采用一種帶刺頭，可提高錨索錨固性能的新型錨索，有效地保證了錨索的錨固質(zhì)量，于此同時(shí)通過加打超前錨桿，及時(shí)支護(hù)頂板，防止頂煤掉落造成空洞，以此減少空洞對(duì)錨桿、錨索支護(hù)體系的影響。通過解決松軟煤層條件下迎頭漏冒和錨索的施工難題，超化礦在錨網(wǎng)支護(hù)推廣應(yīng)用方面積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

5 錨網(wǎng)支護(hù)經(jīng)濟(jì)效益分析

超化礦22031工作面下付巷斷面為4.8m×3.0m時(shí)，每米巷道錨網(wǎng)支護(hù)材料費(fèi)為1889.5元。同樣斷面的巷道采用U型鋼架棚支護(hù)時(shí)（U型鋼型號(hào)為29U，棚距0.6m），每米巷道支護(hù)材料費(fèi)為6739.5元。

回采巷道采用U型鋼棚支護(hù)時(shí)，工作面回采期間需進(jìn)行坑木替棚，每米巷道坑木、椽子和編織網(wǎng)等材料費(fèi)用為1320元，人工費(fèi)用800元;采用錨網(wǎng)支護(hù)后，不僅使用的π型梁和單體液壓支柱均可回收，且人工費(fèi)用也降低為200元。

錨網(wǎng)支護(hù)與U型鋼棚支護(hù)費(fèi)用對(duì)比分析見表2。

由表2可知，超化礦22031工作面下付巷采用錨網(wǎng)支護(hù)與U型鋼棚支護(hù)相比，每米巷道可節(jié)省費(fèi)用6770元，超化礦采用錨網(wǎng)支護(hù)方式替代U型鋼架棚支護(hù)方式后，取得了明顯的經(jīng)濟(jì)效益。

6 結(jié)論

超化礦22031工作面下付巷采用錨網(wǎng)支護(hù)后，不但巷道圍巖表面位移與頂板深部圍巖位移均處于安全范圍內(nèi)，巷道整體支護(hù)效果良好，而且同U型鋼棚支護(hù)相比，每米巷道可節(jié)省費(fèi)用6770元，取得了明顯的經(jīng)濟(jì)效益。超化礦22031工作面下付巷錨網(wǎng)支護(hù)方式的成功運(yùn)用，為鄭州礦區(qū)“三軟”煤巷錨網(wǎng)支護(hù)提供了良好的指導(dǎo)作用。

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作者簡介：李憲振，1982.03-，男，漢族，河南濮陽人，2009.07畢業(yè)于河南理工大學(xué)采礦工程專專業(yè)，碩士研究生學(xué)歷，中級(jí)工程師職稱;現(xiàn)在鄭州煤電超化煤礦，從事煤礦生產(chǎn)技術(shù)管理工作。