煤礦回采巷道錨網(wǎng)索聯(lián)合支護(hù)技術(shù)探析

宋 威

（山西焦煤霍州煤電集團(tuán)李雅莊煤礦，山西 霍州 031400）

1 2-216回采巷道概況

在礦井的生產(chǎn)系統(tǒng)中，最關(guān)鍵的構(gòu)成部分就是巷道，巷道的主要任務(wù)就是運(yùn)輸、通風(fēng)及行人等。由于逐漸增加的開(kāi)采深度，絕大部分的巷道所在的區(qū)域是高地應(yīng)力，巷道圍巖具有比較低的強(qiáng)度，極不穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)面，巷道巖石比較破碎，而且與該工作面相鄰的開(kāi)采擾動(dòng)與地質(zhì)結(jié)構(gòu)等因素會(huì)對(duì)巷道有很大的影響，而且巷道由于破壞而導(dǎo)致嚴(yán)重的變形，支護(hù)巷道的難度比較大，比較高的維護(hù)成本。所以，按照礦井巷道的圍巖性質(zhì)、服務(wù)期限與作用來(lái)對(duì)支護(hù)方案進(jìn)行制訂，而且新制訂方案方案具有的優(yōu)點(diǎn)是安全、經(jīng)濟(jì)與合理，可以使礦井生產(chǎn)更加安全。

將霍州煤電集團(tuán)的某礦2-216綜采工作面當(dāng)作案例，該工作面所在的位置是和水平的二采區(qū)有310 m的距離。對(duì)該工作面進(jìn)行開(kāi)采的煤層是2號(hào)煤層，其所在的位置是山西組，2號(hào)煤層在開(kāi)采時(shí)具有穩(wěn)定性，但結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，所含的夾矸有兩層。對(duì)整個(gè)煤層而言，煤層的結(jié)構(gòu)是單斜式的，比較高的是東北面，比較低的是西南面，具有比較小的坡度，而且煤層的平均傾角是9°。順著煤層方向來(lái)對(duì)回風(fēng)巷與運(yùn)輸巷進(jìn)行布置，而且巷道斷面會(huì)形成矩形形狀，把尺寸設(shè)計(jì)成4.2 m×3.2 m，把長(zhǎng)度設(shè)計(jì)成669 m。把錨網(wǎng)索聯(lián)合支護(hù)使用到巷道的回采中，能夠把不能控制圍巖變形、不易支護(hù)巷道、裂隙比較多、整體破碎、較低的圍巖強(qiáng)度等存在于巷道頂板中的問(wèn)題進(jìn)行解決。

2 錨網(wǎng)索支護(hù)的基本原理

當(dāng)支護(hù)回采巷道時(shí)，通過(guò)擰緊錨桿末端的所有螺母，使錨桿托盤(pán)接收所傳遞過(guò)來(lái)的力，該力會(huì)作用到錨桿的桿體與螺母，分別施加的是拉力與力矩，而且拉力是軸向的。托盤(pán)把錨桿末端所產(chǎn)生拉應(yīng)力區(qū)輸送至巷道的圍巖，而且在巷道的外表有壓應(yīng)力區(qū)產(chǎn)生，會(huì)把錨桿所錨固的區(qū)域中的全部圍巖進(jìn)行壓縮，在該區(qū)域中的圍巖比較難出現(xiàn)拉應(yīng)力、滑動(dòng)、離層等，使巷道圍巖的穩(wěn)定性得到提升[1]。

當(dāng)對(duì)巷道進(jìn)行支護(hù)時(shí)，巷道的錨固區(qū)存在錨桿，2個(gè)相鄰錨桿在該區(qū)的圍巖中會(huì)有壓應(yīng)力拱形成，而且該壓應(yīng)力拱是有效的，有厚度的，能夠把支護(hù)系統(tǒng)所具有的承載力和穩(wěn)定性逐漸提高，并把圍巖拓展塑性區(qū)的速度減慢。由于工作面的來(lái)壓與開(kāi)采擾動(dòng)會(huì)對(duì)回采的巷道產(chǎn)生影響，就會(huì)增大其塑性區(qū)，在錨桿所錨固的區(qū)域的應(yīng)力區(qū)區(qū)域比冒落發(fā)生在巷道的區(qū)域小時(shí)，就會(huì)使錨桿錨固的效力失去作用，導(dǎo)致有滑移出現(xiàn)在錨固系統(tǒng)和頂板中，就會(huì)有冒頂出現(xiàn)在巷道的頂板中。由于要預(yù)防有冒頂發(fā)生在巷道的頂板中，所以采用錨網(wǎng)索聯(lián)合支護(hù)技術(shù)，把錨索設(shè)置到巷道的頂板中，使錨固區(qū)的區(qū)域增大，然后把錨桿和錨索進(jìn)行聯(lián)合支護(hù)，使頂板相鄰錨桿有壓應(yīng)力拱產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)連接著頂板頂端的巖層，而且該巖層具有穩(wěn)定性，頂端巖層進(jìn)行充分應(yīng)用，將整個(gè)錨固-圍巖這一支護(hù)系統(tǒng)的承載力與穩(wěn)定性進(jìn)行提高，使防止有冒頂出現(xiàn)在巷道的頂板與對(duì)錨固成效進(jìn)行優(yōu)化的目得以實(shí)現(xiàn)。

3 巷道支護(hù)方案的簡(jiǎn)述與檢驗(yàn)效果

3.1 設(shè)計(jì)頂板支護(hù)

在對(duì)巷道頂板進(jìn)行支護(hù)時(shí)，使用的聯(lián)合支護(hù)是“鋼帶與鋼筋梯子梁、鋼筋網(wǎng)與錨網(wǎng)索”。

對(duì)錨桿進(jìn)行布置：把強(qiáng)錨桿布置在頂板，而且強(qiáng)錨桿的螺紋鋼，是左旋無(wú)縱筋的，數(shù)量是7根，這7根螺紋鋼的規(guī)格為Φ20 mm×3 000 m，間排距800 mm、800 mm；規(guī)格是150 mm×150 mm×10 mm的托盤(pán)的材質(zhì)為鋼板，對(duì)鋼板進(jìn)行壓制，然后壓制為弧形。把MSK決速樹(shù)脂錨固劑使用到孔中，而且1個(gè)孔使用的MSK決速樹(shù)脂錨固劑是2個(gè)；設(shè)計(jì)的錨桿錨固的預(yù)緊力與長(zhǎng)度分別是100 kN、0.8 m，安裝角錨桿到頂板的角度是15°。設(shè)計(jì)的鋼筋網(wǎng)的規(guī)格是Φ6.5 mm×900 mm×1 600 mm，鋼筋網(wǎng)與鋼筋網(wǎng)彼此之間的連接所選取的是“彎鉤”。

對(duì)錨索進(jìn)行布置：把錨索布置到頂板中，其中錨索的規(guī)格是Φ17.8 mm×6 000 mm，而且頂板在不破碎時(shí)會(huì)選取的布置方式是“3-0-0-3”，相鄰排距設(shè)計(jì)的是1 500 mm、1 600 mm；規(guī)格是300 mm×300 mm的托盤(pán)的材質(zhì)為鋼板，對(duì)鋼板進(jìn)行壓制，然后壓制為弧形；把MSZ中速與快速樹(shù)脂錨固劑布置到錨索孔中，其使用的數(shù)量分別是2個(gè)、1個(gè)。而且對(duì)錨索設(shè)計(jì)的預(yù)緊力是200 kN[2]。

3.2 設(shè)計(jì)兩幫支護(hù)

在對(duì)巷道的兩幫進(jìn)行支護(hù)時(shí)所選取的聯(lián)合支護(hù)是“雙層網(wǎng)+鋼筋梯+錨桿”。

對(duì)錨桿進(jìn)行布置：把強(qiáng)錨桿布置到兩幫中，而且是螺紋鋼，左旋的、無(wú)縱筋，型號(hào)是Φ20 mm×2 500 mm，相鄰排距之間的距離是800 mm、800 mm，規(guī)格是150 mm×150 mm×10 mm的托盤(pán)的材質(zhì)是鋼板，把鋼板進(jìn)行壓制，然后壓制為弧形。若幫部分別是媒體與巖體時(shí)，對(duì)錨桿孔進(jìn)行錨固的分別是MSZ中速樹(shù)脂錨固劑、MSK快速樹(shù)脂錨固劑，其數(shù)量分別是2個(gè)、2個(gè)。而且錨桿所錨固的預(yù)緊力與長(zhǎng)度分別是100 kN、0.8 m，安裝角錨桿到頂板的角度是10°。

鋼筋網(wǎng)所使用的規(guī)格是Φ6.5 mm×900 mm×1 600 mm，對(duì)鋼筋網(wǎng)進(jìn)行布置：把網(wǎng)布置到頂部，網(wǎng)的數(shù)量是4塊，把網(wǎng)分別布置到以巷道為中心的兩邊，而且1邊布置的數(shù)量是2塊，別的網(wǎng)布置到肩窩位置有彎曲處，確保寬度始終是4.7 m，而且對(duì)2個(gè)肩窩進(jìn)行保護(hù)；設(shè)計(jì)的塑料的且硬質(zhì)的網(wǎng)的規(guī)格是1 m×12 m，而且搭接為100 mm。

3.3 檢驗(yàn)工程成效

由于要對(duì)錨網(wǎng)索聯(lián)合支護(hù)的方案使用到2-216工作面的回采巷道中是否合理進(jìn)行驗(yàn)證，就把檢測(cè)回采巷道所存在的礦壓的方案制定出來(lái)，對(duì)該工作面的回采巷道外表所發(fā)生的位移進(jìn)行檢測(cè)。若想分析在該工作面中由于巷道的距離不同而巷道外表所發(fā)生的位移的改變狀況，可以由測(cè)距站來(lái)實(shí)現(xiàn)，并根據(jù)分析出來(lái)的數(shù)據(jù)來(lái)對(duì)其變化規(guī)律進(jìn)行總結(jié)。

由于不斷推進(jìn)該工作面，會(huì)慢慢增大巷道發(fā)生形變的量。對(duì)巷道的兩幫與頂板而言，相應(yīng)的位移量、移近量最大分別是220 mm、260 mm與140 mm、160 mm。不會(huì)有離層發(fā)生在頂板中，位移在巷道中發(fā)生的比較小，移近量在兩幫中發(fā)生的也比較小，并且位移是整個(gè)的，這樣能夠使巷道的圍巖更加穩(wěn)定，使回采巷道更加安全[3-5]。

4 結(jié)語(yǔ)

1）因?yàn)榛夭上锏谰哂械娜秉c(diǎn)是比較低的圍巖強(qiáng)度、較差穩(wěn)定性的結(jié)構(gòu)面、破碎的巖石等，所以極易被來(lái)壓周期、工作面與工作面進(jìn)行開(kāi)采時(shí)的擾動(dòng)、地質(zhì)結(jié)構(gòu)等影響，很難對(duì)巷道進(jìn)行支護(hù)，而且會(huì)產(chǎn)生比較高的維護(hù)成本。與2-216工作面的回采巷道真實(shí)狀況相結(jié)合，提出了錨網(wǎng)索聯(lián)合支護(hù)方案，選用的聯(lián)合支護(hù)是錨桿和錨索，這一聯(lián)合支護(hù)能夠提高整個(gè)錨固-圍巖支護(hù)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和圍巖的承載力，避免冒頂出現(xiàn)在頂板中和錨固巷道的成效的目的得以實(shí)現(xiàn)。

2）設(shè)計(jì)支護(hù)回采巷道的兩幫與頂板，測(cè)站會(huì)分析與工作面和巷道的距離不同而巷道外表所發(fā)生的位移的改變狀況。離層幾乎不會(huì)發(fā)生在頂板，位移在巷道中發(fā)生的比較小，這樣可以使巷道圍巖更加穩(wěn)定，使回采巷道更加安全。