錨、梁、網(wǎng)、錨索補強的組合支護技術在鎮(zhèn)城底礦的應用

胡文強

（山西焦煤西山煤電集團，山西 太原 030053）

錨、梁、網(wǎng)、錨索補強的組合支護技術在鎮(zhèn)城底礦的應用

胡文強

（山西焦煤西山煤電集團，山西 太原 030053）

針對西山鎮(zhèn)城底礦2、3號煤層圍巖變形量大的松軟復合頂板回采巷道，應用錨、梁、網(wǎng)、錨索補強的組合支護技術，控制了復合頂板回采巷道圍巖的強烈變形，解決了松軟復合頂板回采巷道支護的技術難題，實現(xiàn)了煤巷安全高效掘進。

松軟復合頂板；巷道；組合支護；應用

鎮(zhèn)城底礦位于古交礦區(qū)西部，設計生產(chǎn)能力150萬t/a。斜井-立井聯(lián)合開拓，主副井為斜井井筒，風井為立井。礦井開采水平布置在+760m，位于10號煤層底板巖石中，用一個水平同時開采上、下兩組煤。根據(jù)井田內煤層傾角不同，分別采用傾斜長壁和走向長壁形式布置綜采工作面。由于區(qū)內褶曲和斷層較多，特別是主采煤層頂板多為炭質泥巖與煤線互層，不穩(wěn)定，較松軟和易垮落，使回采巷道支護效果較差，給安全和有序生產(chǎn)帶來極大危害。西山鎮(zhèn)城底礦2、3號煤層松軟復合頂板回采巷道（尤其是瓦斯尾巷），原采用傳統(tǒng)的架棚支護存在巷道圍巖變形量大、支護效果差、費用高等問題。為此，提出采用錨、梁、網(wǎng)、錨索補強的組合支護方案。

1 地質條件

鎮(zhèn)城底礦22409工作面副巷和尾巷開掘在2、3號煤層中，巷道埋深250 m，采區(qū)地質柱狀圖，見圖1。2、3號煤層平均厚度2.8 m，傾角2～9°，單向抗壓強度5.0 MPa，屬極不穩(wěn)定松軟煤層。直接頂為砂質泥巖，厚度約12 m，單向抗壓強度52.2 MPa，部分巖層的單向抗壓強度僅為8.8 MPa；在厚約3.4 m的下位巖層中，夾有兩層厚度各約0.4 m的松軟薄煤層，構成了一種極不穩(wěn)定類型的復合頂板。22409綜采工作面回采巷道直接頂為在中等穩(wěn)定以下的巖層中夾有兩層厚0.3～0.5 m極軟煤層的復合頂板，與一般中等穩(wěn)定以下的直接頂相比，巷道頂板變形增大20～34%，頂板破裂區(qū)深度增大23～83%。圍巖穩(wěn)定性差，變形破壞強烈，支護難度很大。

圖1 2、3號煤層及頂、底板巖層綜合柱狀圖

22409工作面尾巷與工作面副巷平行布置，相距30 m。由于工作面中部有一斷層與工作面斜交通過，破壞了煤層的連續(xù)性，使靠近邊界工作面變窄，變成22409-1和22409-2兩個工作面開采。

2 巷道支護設計

2.1 復合頂板錨桿-錨索聯(lián)合支護原理

針對復合頂板巷道圍巖破裂區(qū)分布和變形分布的特點，應采用錨桿-錨索聯(lián)合支護形式，提出的復合頂板錨桿-錨索聯(lián)合支護原理由三部分內容組成：一是共同加固圍巖提高錨巖支護體的承載能力；二是錨索懸吊失穩(wěn)巖層預防冒頂事故三是錨索工程延伸量應適應懸吊區(qū)內的圍巖變形。

復合頂板錨桿-錨索聯(lián)合支護原理可由圖2所示的圍巖與支護的相互作用關系加以說明。圖2中給出了錨索的力學特性曲線4和錨桿錨巖支護體的特性曲線3，與一般支架的力學特性不同，錨桿錨巖支護體的承載能力是隨著圍巖和自身變形的增加而降低。曲線1為圍巖特性曲線，它表示圍巖變形與支護強度之間的關系。若錨桿錨巖支護體特性曲線和錨索的特性曲線不能與曲線1相交，說明單獨采用錨桿支護或錨索支護，都不能控制圍巖達到穩(wěn)定。若錨桿-錨索聯(lián)合支護時，由于錨巖支護體的承載能力提高，其共同支護作用特性曲線2可能與曲線1相交，在曲線的交點（A）處，圍巖的變形破壞可得到控制，能夠保持圍巖的穩(wěn)定。錨索失效的的前提是圍巖達到穩(wěn)定時的變形量U0小于錨索的延伸量ΔL。

圖2 圍巖與支護的相互作用關系

2.2 支護設計

斷面呈矩形，寬4.0 m，高3.0 m，掘進斷面積12.0 m2。

2.2.1 基本支護形式

依據(jù)“煤巷錨桿支護技術規(guī)范”關于對復合頂板可考慮在基本支護形式基礎上增加錨索加固的規(guī)定，以及錨桿-錨索聯(lián)合支護原理，通過應用巖層破裂過程分析系統(tǒng)RFPA2D計算軟件進行了4個支護方案對比，選擇最優(yōu)方案的基本支護形式為：錨桿+鋼筋梁+網(wǎng)，錨索補強。

2.2.2 主要支護參數(shù)

以數(shù)值試驗得出的巷道圍巖破裂區(qū)分布和變形分布的定量結果為基礎，遵循錨桿-錨索聯(lián)合支護原理，進行了主要支護參數(shù)計算和選擇。

依據(jù)計算結果，結合工程類比，選定的主要支護參數(shù)列于表1。支護布置圖如圖3。

3 錨桿與錨索支護施工要求

3.1 巷道寬度的控制

寬度是影響巷道穩(wěn)定性與確定支護參數(shù)的主要因素，施工時要嚴格按設計要求控制巷道寬度。用掘進機掘進巷道時，先從左上幫定位切割煤幫，直至底板。然后從左到右，從下向上切割破碎中間部分，再切割右?guī)停詈髮⑾锏垒喞M行修整，盡量不超挖和欠挖。如果遇特殊地質情況而造成超挖時，超挖的寬度不得超過200 mm，如超寬達200～400 mm時，在頂板上應增加1根錨桿。

表1 支護材料表

圖3 尾巷支護布置

3.2 臨時支護

施工中嚴禁空頂作業(yè)，臨時支護必須符合作業(yè)規(guī)程規(guī)定，緊跟工作面。在堅硬完整頂板巷道中，無須進行臨時支護時，必須制訂相應的安全措施，并在作業(yè)規(guī)程中規(guī)定出最大空頂距離，報總工程師批準。

3.3 錨桿孔施工規(guī)定

錨桿孔間距誤差不應超過100 m；錨桿孔軸向偏差應控制在5°之內；錨桿孔深不應小于桿體有效長度，也不應大于桿體有效長度30 mm；錨桿端部必須推至孔底，尾端外露長度不應大于50 mm。

3.4 錨桿支護施工工藝流程

掛鋼筋梯（或鋼帶）—臨時支護—鉆頂板中部錨桿孔、掛金屬網(wǎng)、清孔—安裝錨桿、擰緊螺母—鉆頂板中旁錨桿孔、清孔—安裝錨桿、擰緊螺母—臨時支護改位—鉆頂板邊錨桿孔、清孔—安裝錨桿、擰緊螺母—鉆頂板邊斜（角）錨桿孔、清孔—安裝錨桿、擰緊螺母。

兩幫的錨桿支護一般落后工作面一定距離（具體距離由作業(yè)規(guī)程規(guī)定），和破煤運煤平行作業(yè)，其施工步驟和頂板支護大同小異。

在進行錨桿安裝時，應盡可能采用快速安裝工藝，即攪拌樹脂藥卷、上托板、擰螺母一次完成。錨桿尾端的托板應緊貼托梁，未接觸部位必須楔緊墊實。

3.5 鋪網(wǎng)

兩網(wǎng)搭接長度不應小于5mm，按規(guī)定連接，鋪網(wǎng)時必須拉緊，緊貼巖面，使網(wǎng)具有一定的預拉力。

4 支護監(jiān)測與分析

4.1 監(jiān)測內容與儀器

煤層錨網(wǎng)支護巷道礦山壓力監(jiān)測是研究支護方式、原理、檢驗支護效果、判斷巷道支護穩(wěn)定性和保證安全生產(chǎn)的一個重要手段。因此，在南四采區(qū)22409－1工作面巷道掘進時，就安裝相應觀測斷面頂板離層測點，根據(jù)觀測數(shù)據(jù)判斷出監(jiān)測范圍內頂板是否出現(xiàn)離層現(xiàn)象及離層位置，錨桿支護質量和安全程度。在所設置的錨桿錨固力、圍巖深部和表面位移觀測斷面上，可測出錨桿錨固性能及在支承壓力影響下，巷道圍巖表面和深部位移量，得到巷道掘進和工作面回采時礦山壓力顯現(xiàn)的基本規(guī)律，驗證本巷道錨桿支護參數(shù)的合理性，為進一步完善兩巷錨桿支護設計提供依據(jù)。

頂板離層量監(jiān)測通過在巷道頂板中央安裝遼寧工程技術大學研制的TXLCY-4型頂板離層指示儀實現(xiàn)的；巷道圍巖表面及深部位移觀測采用遼寧工程技術大學研制的“大位移量直讀式多點位移計”監(jiān)測；頂?shù)装逡平坑^測；④錨桿錨固力監(jiān)測用活塞式壓力測力計觀測。

4.2 監(jiān)測結果分析

頂板下沉量不超過75 mm，副巷平均36 mm，尾巷平均50 mm；巷幫移近量不超過213 mm，副巷平均101 mm，尾巷平均135 mm。而且巷道收斂變形已經(jīng)穩(wěn)定。巷道變形主要特點是兩幫變形較頂板明顯，主要原因是兩幫的煤體松軟破碎，端錨錨桿控制范圍略小于巷幫破裂區(qū)深度。總體而言，巷道支護狀況良好，圍巖的變形得到了有效的控制。

尾巷錨固區(qū)內部頂板離層值不超過10 mm，平均為6 mm；距巷頂6 m深處巖層離層值小于17 mm，平均為11 mm；距巷頂3 m深處的薄煤層處離層值最大可達32 mm，平均15 mm。說明對于復合頂板一方面錨桿支護有效的控制了錨固區(qū)范圍以內的巖體變形和破壞；另一方面小孔徑樹脂錨索補強對控制懸吊區(qū)內頂板離層的發(fā)展和防止冒頂具有關鍵作用。

錨桿和兩幫錨桿受力相當，都較小。尾巷錨桿測力計預緊力20～30 kN，預緊后頂板錨桿受力小于35 kN，平均32 kN；巷幫錨桿受力小于55 kN，平均27 kN。尾巷錨索測力計預緊力50～60 kN，預緊后受力小于85 kN，平均58 kN。頂板錨桿、錨索受力相當煤巷錨桿支護技術規(guī)范關于性能規(guī)定的25～50%，尚有較大潛力。

5 應用效果

在鎮(zhèn)城底礦22409綜采工作面瓦斯尾巷，應用錨桿+鋼筋梁+網(wǎng)+錨索補強的支護方式支護巷道3 000余m?；夭善陂g，兩條回采巷道均未發(fā)生變形嚴重情況；尾巷僅有輕微變形，部分地段發(fā)生少量底鼓。保留尾巷650 m，作為22407副巷二次使用，其中100 m巷道僅需簡單拉底，其費用較底，無需擴幫、架棚維修，大幅度降低了巷道維修費用，全礦回采巷道錨桿支護率達到94%以上。巷道經(jīng)過三年多的使用，支護效果良好，為類似條件下巷道采用該支護技術奠定了基礎。

Abstract:For the loose and soft roof with big surrounding rock deformation in the caving roadways of No.2 and No.3 seams of Zhenchengdi Mine,the integrated support technique of anchor-beam-mesh-cable is applied.The deformation of supporting rock is under control,and the safe-and-efficient roadway driving is realized.

Keywords:loose and soft roof;roadway;integrated support;application

編輯：劉新光

Application of Reinforced Integrated Support of Anchor,Beam,Mesh and Cable in Zhenchengdi Mine

HU Wen-qiang

(Xishan Coal-electricity Group,Shanxi Coking Coal Group,Taiyuan,Shanxi 030053,China)

TD353

A

1672-5050（2010）05-0040-04

2010-03-15

胡文強（1968—），男，山西長子人，在讀博士，工程師，從事煤炭采掘技術工作。