煤礦綜采面錨網索聯合支護實踐分析

2014-03-27 13:23:33王志申

中華建設科技 2014年1期

王志申

【摘要】綜采工作面切眼多具有斷面面積大、跨度大等特點，支護難度較大。本文以工程實踐為背景，介紹了綜采面錨網索聯合支護的經驗。具有一定的推廣價值。

【關鍵詞】綜采；開切眼；支護技術；錨網索

切眼是工作面用來安裝液壓支架、采煤機、刮板輸送機等設備的巷道，是工作面最先開始的地方，切眼支護狀況好壞將直接影響工作面能否安全回采。綜采工作面切眼為滿足大型設備的安裝需求，多具有斷面面積大、跨度大等特點，加之巷道兩幫為煤壁，支護難度加大，若支護措施不當極易造成頂板彎曲下沉、冒漏頂、煤壁偏幫等問題，以上成為限制工作面正常回采的關鍵因素。下面就以工程實例為背景來探討開切眼的支護技術。

1. 工作面與切眼概況

1.1工作面概況。

（1）某礦的一個綜采工作面地面標高+128～+165m，切眼標高-210～-270m。工作面東西兩側均為采空區，北為未采掘新區，南為采區下山保護煤柱，工作面走向長1700m，傾斜長165m，煤層厚0.8～3.7m，平均2.6m，煤層結構較簡單，傾角18°～ 27°，平均22°。2#煤層發育穩定，塊狀，內生裂隙發育，整體為單斜構造。該切眼施工過程中遇到兩條1m斷層，斷層處煤巖傾角大，煤層頂板較破碎。

（2）在充分研究與分析了該礦巖層條件及錨桿技術應用經驗的基礎上，決定在該工作面大跨度綜采切眼試驗推廣錨網索支護。

1.2開切眼概況。根據ZZ4000/18/39 型掩護式液壓支架的高度：1800/3900mm，最大長度6505mm，為滿足綜采設備安裝和工作面回采切眼準備的要求，同時考慮到通風、行人等安全需要，開切眼設計為矩形斷面，沿煤頂施工，尺寸：寬× 高=7.0m×2.6m。該開切眼跨度大，埋深580m，采深大，屬于高應力區；經打鉆取芯探測：直接頂厚度，切眼上口為2.2m，切眼下口為8.8m，巷道頂板完整性差；煤層硬度大，裂隙極發育，煤層穩定性差，施工坡度+21°，采用鉆爆法，輸送機跟頭運輸施工。故該切眼屬于大跨度、高地應力不穩定煤層，圍巖穩定性控制問題，關鍵技術難度是大跨度切眼頂板的安全控制。

2. 支護設計

2.1大跨度切眼圍巖支護機理和穩定性分析。該切眼寬7.0m、高2.6m，屬于跨度較大的巷道，現有的單一錨桿支護形式，難以保證巷道頂板不產生離層，因此，需要進一步加強支護，確保巷道圍巖發生較大變形，特別是頂板離層時，支護系統要安全可靠。目前，大多采用錨索支護技術，根據實驗表明，當錨索作用范圍小于5m時，對中間部分巖體的作用已非常小，難以從根本上控制離層，因此，采用錨桿、梯子梁、錨索組合支護時，應盡量使錨索長度大于5m，以加強對巷道的組合加固作用，在煤層大跨度上覆巖層形成較大的構造應力或松散壓力，采用一般錨桿支護或被動支護時難以承受荷載作用而易失穩破壞，采用預應力錨索技術，利用其長度優勢可穿過圍巖松動圈或破碎帶達到深部穩定圍巖中，加上施以較大的預應力形成明顯的主動支護，使圍巖變形得到有效控制；長錨索與短錨桿相結合支護方式，實質上是把短錨桿范圍內的圍巖自承拱通過長錨索將其固定在較大的壓縮圈內，并將力傳遞到圍巖深部的穩定巖體內，因此，能最大限度發揮圍巖自承作用，改善圍巖的受力狀態。

2.2施工方案。采用鉆眼爆破一次施工7.0m×2.6m。為保證煤體的完整，迎頭爆破采用“打淺眼、放小炮”，在兩幫預留200mm的煤體，刷幫采用鎬刨，防止造成支護結構的整體破壞失穩。迎頭錨桿跟頭，點柱和錨索距迎頭不超過2m。

2.3支護方案。

（1）采用高性能預應力錨桿、鋼筋梯子梁、塑料網作為基本支護，預應力錨索加強支護控制頂板；預應力錨桿、塑料網、大木托板控制幫部圍巖。

（2）采用高預應力錨桿加固切眼兩幫與頂板，使巷道表面圍巖形成整體，控制巷道基本變形。頂板錨桿必須適當加長，幫部錨桿可適當減短。

（3）采用單體液壓支柱配一面平木頭做為錨網索支護的有效補充，充分發揮單體液壓支柱及時支護、初撐力較高的特點，可有效控制頂板離層和底臌。

2.4有關參數設計切眼斷面錨桿、錨索具體支護參數如下：

（1）頂板采用11根等強預應力錨桿加3.6m長 18的鋼筋梯子梁和塑鋼網聯合支護。錨桿規格M22L2200mm，加長錨固，每根錨桿采用2支Z2360 型藥卷，錨桿間排距700mm×700mm，錨固力不小于100KN，螺母擰緊力矩≥ 150N·m。

（2）煤幫采用5 根M16L1800mm鋼可拆卸錨桿，空幫采用5根M20L2000mm金屬螺紋鋼錨桿，兩幫配300mm×200mm×50mm木托板，塑料網聯合支護，錨桿間排距700mm×700mm，錨桿錨固力不小于90KN，螺母擰緊力矩≥ 150N·m，每根錨桿采用2 支Z2360 型樹脂藥卷錨固。

（3）頂板每排采用4根錨索（21.6mm，L=8000 ～ 10000mm）每根錨索采用1支K2360和2支Z2360樹脂藥卷錨固，錨入深度大于6000mm，間排距1.4m，錨索預緊力不小于150KN，錨固力不小于260KN。

（4）中間加3 排點柱，巷中1 排，巷中兩側各1.2m一排。支架安設過程中，單體液壓支柱順序撤除，即撤出點柱后立即安

裝支架。

3. 支護效果觀測

該綜采切眼斷面大，服務時間短，綜采支架安裝后，正常的礦壓觀測活動結束。自切眼掘進到支架安裝前，主要進行以下礦壓觀測：巷道表面位移觀測，錨桿拉拔力、初錨力檢測、錨索拉拔力、初錨力檢測、頂板離層監測、單體液壓支柱的礦壓觀測等。

（1）頂板變形量：經一段時間觀測，頂板深度最大變形量為18mm，淺部變形量12mm，基本上是巷道掘出3d內頂板變形較大，以后變形量趨于減少。

（2）兩幫移近量：巷道兩幫移近從巷道掘出即發生，巷道掘出1 ～ 6d 兩幫移近和變形速度最大；最大變形量為50mm。

（3）頂底板移近量：通過數據分析在切眼中部頂底板移近量較大，主要表現為底板臌起，頂板下沉，頂底板移近量最大，中部為90mm，上部為50mm，下部為70mm。

（4）支護效果：從施工到安裝頂板未出現離層冒頂現象，兩幫未出現片幫及較大的位移，達到了理想的支護效果。

4. 結論

（1）“錨帶網索”聯合支護可以提供高強支護阻力，能有效限制圍巖塑性破壞區的發展，實現巷道圍巖的有效控制。

（2）該支護方案成功解決了實驗工作面切眼支護難題，并為類似工作面切眼支護提供有力的技術支持。