地鐵車輛段工程管理研究

白均紅

【摘要】朔里礦業(yè)公司與安徽省煤炭科學研究院強強聯(lián)合，成功的采用錨梁帶網(wǎng)封閉式聯(lián)合桁架支護，找到了復(fù)雜地質(zhì)條件下高應(yīng)力巷道最佳支護方式，取得了顯著的效果。

【關(guān)鍵詞】高應(yīng)力巷道 軟煤層 巷道支護

【中圖分類號】TD353 【文獻標識碼】A 【文章編號】1672-5158（2013）04-0292-01

淮北朔里礦業(yè)業(yè)公司3、5煤層屬典型“三軟”煤層，特別是北四采區(qū)為高應(yīng)力集中區(qū)，巷道壓力大，斷層多，地質(zhì)條件復(fù)雜，采用傳統(tǒng)的工字鋼梯形棚或者是錨帶網(wǎng)支護后，壓力顯現(xiàn)明顯，巷道兩幫及頂?shù)装逡平看螅ёo損壞嚴重，前掘后修，嚴重影響安全生產(chǎn)。如何掌握復(fù)雜條件軟煤層巷道礦壓顯現(xiàn)規(guī)律，找出最佳支護對策，是迫切需要解決的問題。

一、工程概況

N344工作面位于北四采區(qū)。煤層埋深在-155m～-218m，地面標高+33m，煤層總厚度2.0～3.95m，平均3.19m，普遍含兩層泥巖或炭質(zhì)泥巖夾矸。煤層傾角12°～23°，平均18°，煤層直接頂為泥巖，厚1.85-6.76m，平均厚度3.48m，呈深灰色～灰黑色塊狀，老頂為深灰色～灰色粉砂巖與細砂巖互層，局部為泥巖，厚1.36-23.99m，平均厚度15.8m。瓦斯相對涌出量1.1-1.3m³/min，煤塵爆炸指數(shù)11.56～20.13，有爆炸危險。煤層裂隙較發(fā)育，煤層自燃發(fā)火趨勢為III類，不易自燃。N344風巷長480m，上沿N342機巷（工作面已回采），與其水平凈垛1.0米。

二、原先巷道支護

巷道跟頂掘進，巷道斷面參數(shù)為：凈寬×中高=3.6m×2.4m，凈斷面8.64m²。

支護方案：頂板采用5根GM20/2400高強錨桿配合3.8米的w鋼帶和金屬網(wǎng)（4 0×1.0m）支護，兩幫采用3根GM20/2000高強錨桿配合長2.2米的w鋼帶和金屬網(wǎng)（2.4×1.0m）支護，在巷中每隔2排施工一根預(yù)應(yīng)力錨索，規(guī)格為YMS15.24/5.4，錨桿間距800mm，排距900mm。

支護效果：直接頂泥巖厚度變化大，部分區(qū)段7m以內(nèi)無穩(wěn)定、強度高的巖層；煤層傾角大，巷道圍巖小構(gòu)造發(fā)育，圍巖破碎，且巷道底板留有底煤，形成軟底巷道，巷道圍巖變形及穩(wěn)定性控制較為困難。支護后兩幫位移，巷道底鼓，支護效果差。在切眼內(nèi)布置了觀測點，掘進15-20天后巷道基本趨于穩(wěn)定，兩幫總移近量在700-1000mm左右，頂?shù)装逡平吭?00-850mm左右。

N344工作面復(fù)雜條件軟煤層巷道與支護的變形與破壞十分嚴重；在工作面超前支承壓力的作用下，巷道的斷面收斂率高，難以保證生產(chǎn)與通風安全的要求，甚至造成工作面瓦斯超限，維護十分困難，甚至影響和制約工作面的正常推進。巷幫煤體松軟、夾遇水泥化、崩解的鋁土質(zhì)泥巖給巷道支護帶來了不利影響；同時由于巷道開掘后頂板壓力想兩幫傳遞，在支承壓力作用下使支護兩幫變得松散破碎，破壞后兩幫可錨性迅速降低，使得錨桿的支護作用十分有限，難以阻止已經(jīng)破壞了的煤柱向巷道空間內(nèi)的移動。頂板錨索為單體錨索，控頂面積小，錨索高預(yù)緊力形成的壓應(yīng)力不能有效疊加；頂板支護強度偏低。

三、改進后巷道支護方案

1、巷道支護對策

提高頂板的支護強度，變單體錨索為組合錨索。加裝14#b槽鋼，槽鋼桁架錨索梁與頂鋼帶十字交叉，從而形成桁架支護網(wǎng)，使頂板支護強度大大增強；當支護的預(yù)應(yīng)力達到一定程度時，能形成預(yù)應(yīng)力承載結(jié)構(gòu)，能通過大變形實現(xiàn)對外層結(jié)構(gòu)的適應(yīng)性讓壓，在大變形中保持整體穩(wěn)定性。這種支護方式充分發(fā)揮了各自的優(yōu)勢，剛?cè)嵯酀?nèi)外并舉、標本兼治，即控制變形又保證安全，達到了良好的安全和經(jīng)濟效果。

加大錨索強度和密度。由原來每隔2排施工一根YMS15.24/5.4錨索，調(diào)整為每隔一排施工一根YMS17.84/6.3錨索。幫頂采用封閉式鋼帶，減小巷道肩角的壓剪破壞。巷道開掘后，減角也是巷道支護的重點部位，容易受到壓剪力的破壞。幫頂全封閉式鋼帶，即：將頂鋼帶設(shè)計成比巷道寬度長600mm，頂支護好后將肩窩處多余的鋼帶折成直角，然后與幫鋼帶疊加在一起，眼孔相對，共用一根錨桿，疊加后強度增強，折成直角后可使尖角鋼帶貼緊巖面，起到支撐作用，從而使幫頂鋼帶形成封閉式，連成了整體。

2、巷道支護方案

巷道跟頂掘進，巷道斷面參數(shù)為：凈寬×中高=3.6m×2.4m，凈斷面8.64m²。

巷道頂板支護由兩部分組成。第一部分由錨桿和w鋼帶組成。鋼帶沿巷道頂板橫向布置，每根鋼帶上安裝5根錨桿，錨桿垂直頂板錨入，采用GM20/2400左旋螺紋鋼等強錨桿；采用網(wǎng)孔不大于40mm的金屬網(wǎng)緊貼頂板鋪設(shè)，縱向搭接，搭接長度100mm，搭接處用鐵絲扎結(jié)，且用鋼帶壓茬。第二部分由槽鋼和錨索組成。槽鋼梁在巷中沿巷道縱向且與鋼帶呈十字交叉布置1排。槽鋼梁長度為2m，每根槽鋼梁上安裝3根錨索，錨索垂直頂板布置。

煤幫支護采用錨桿+w鋼帶+金屬網(wǎng)支護，幫頂鋼帶折角壓茬連成整體。

巷幫錨桿采用GM20/2200左旋螺紋鋼錨桿。錨桿垂直巷幫錨入，每片鋼帶安裝3根錨桿。金屬網(wǎng)鋪設(shè)方法同頂板。鋼帶沿巷道縱向鋪設(shè)，同一排頂幫鋼帶肩角處相互搭接并壓緊金屬網(wǎng)，在搭接處錨桿從搭接孔中錨入煤幫。

四、施工工藝

頂板及實體幫錨桿間排距：800×800mm；頂板錨桿：GM20/2400；幫錨桿：GM20/2200；錨索：YMs17.8/6.3，強度等級為1860Mpa，錨索安裝預(yù)緊力：≮120KN；槽鋼：14#b普通熱軋槽鋼，長度2000mm；頂板鋼帶：w鋼帶（2900×220×3mm）；巷幫鋼帶：平鋼帶（2000×200×3mm）；金屬網(wǎng)：10#鍍鋅鐵絲機械編制，網(wǎng)孔<40×40mm，寬1000mm，長度：頂4000mm、煤幫2400mm。

掘進主要采用炮掘、輔助鎬掘方式破煤，采用“短掘短支”的支護方法，炮眼深度控制在800mm，兩幫留有距巷道輪廓線不少于500mm的煤垛，采用風鎬破煤刷至設(shè)計斷面；按照800mm的排距沿巷道橫向架設(shè)頂板w鋼帶，并壓緊金屬網(wǎng)的搭茬頭，同時在鋼帶兩端支設(shè)臨時支柱，以此作為掘進時的臨時支護；安裝頂板錨桿、錨索的同時，鋪設(shè)金屬對煤幫進行背護，頂板w鋼帶和幫w鋼帶壓茬后壓住幫金屬網(wǎng)，同時平行作業(yè)安裝實體煤幫錨桿，盡量縮短巷幫支護滯后時間和實現(xiàn)平行作業(yè)，幫錨桿滯后迎頭距離不超過2排。

N344切眼內(nèi)共設(shè)置3個測站，相鄰測站間距30-50m。各測站均布置頂?shù)装搴蛢蓭臀灰屏繙y點，同時在2#測站、3#測站設(shè)置兩點式頂板離層儀，在1測站、3測站布置錨桿壓力表。錨梁帶網(wǎng)封閉式聯(lián)合桁架支護從根本上控制了圍巖，有效控制了巷道變形，避免了前掘后修現(xiàn)象，維護了巷道的穩(wěn)定與安全。減少了二次修復(fù)材料投入，也為綜采工作面安裝和回采創(chuàng)造了安全條件，提高了采煤面的生產(chǎn)率。

朔里礦業(yè)公司與安徽省煤炭科學研究院強強聯(lián)合，成功的采用錨梁帶網(wǎng)封閉式聯(lián)合桁架支護，找到了復(fù)雜地質(zhì)條件下高應(yīng)力巷道最佳支護方式，并取得了顯著的效果。該支護方式的應(yīng)用，僅在工作面就節(jié)約巷道修復(fù)投入費45萬元，安全效益更是不可估量。