高預(yù)應(yīng)力強(qiáng)力支護(hù)在沿空綜掘工作面中的應(yīng)用

方玉翔（河南大有能源股份有限公司 千秋煤礦,河南 義馬 472300）

高預(yù)應(yīng)力強(qiáng)力支護(hù)在沿空綜掘工作面中的應(yīng)用

方玉翔
（河南大有能源股份有限公司 千秋煤礦,河南 義馬 472300）

沿空掘巷一直是巷道支護(hù)中的難題。沿空掘巷會(huì)造成巷道在掘進(jìn)期間就發(fā)生很大變形，容易造成前掘后修的安全隱患。然而隨著高預(yù)應(yīng)力錨桿支護(hù)理論的出現(xiàn)，高強(qiáng)度錨桿、錨索支護(hù)技術(shù)得到大面積推廣應(yīng)用，顯著擴(kuò)大了錨桿支護(hù)使用范圍和使用量，取得巨大的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，使我國(guó)煤礦巷道支護(hù)技術(shù)水平上了一個(gè)新臺(tái)階。

沿空掘巷；沖擊地壓；高預(yù)應(yīng)力強(qiáng)力支護(hù)；高強(qiáng)力錨桿支護(hù)

針對(duì)千秋煤礦井下巷的特殊條件，提出加長(zhǎng)錨固高預(yù)應(yīng)力錨桿支護(hù)理論。其特點(diǎn)是大大提高錨桿支護(hù)的整體效果和支護(hù)強(qiáng)度，采用高預(yù)應(yīng)力強(qiáng)力支護(hù)，做到一次支護(hù)就能有效減小巷道的變形量與破壞，避免出現(xiàn)前掘后修，有效的節(jié)約支護(hù)成本，提高掘進(jìn)進(jìn)尺，減少工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，在18220綜掘工作面掘進(jìn)施工中取得了良好的效果。

1 工作面概況

千秋煤礦18220綜掘工作面位于礦井西部18下山采區(qū)西翼，北為18200工作面采空區(qū)，東鄰18采區(qū)-50軌道暗斜井煤柱，南鄰二水平西軌道大巷煤柱,西鄰F3—9斷層煤柱。該工作面走向長(zhǎng)度460m,傾斜長(zhǎng)度110m,傾角14°—16°，平均煤厚為10m,面積為50600m2，工作面工業(yè)儲(chǔ)量為103.4萬(wàn)t,可采儲(chǔ)量為69.2 萬(wàn)t。屬于沖擊地壓礦井，地應(yīng)力高,煤層厚度大,18220上巷與18201采空區(qū)之間保護(hù)煤柱為6m,巷道服務(wù)過(guò)程中多采用鉆孔或注水卸壓,造成煤體完整性的破壞,多種因素影響下,巷道支護(hù)難度很大。

2 巷道圍巖變形破壞與分析

（1）巷道在上覆巖層的應(yīng)力作用條件下。巷道周?chē)奈灰屏孔畲?，在圍巖深處按負(fù)指數(shù)曲線(xiàn)衰減。同時(shí)還與巷道開(kāi)采深度、巷道斷面大小，及巷道支護(hù)阻力有關(guān)。

（2）巷道受到采掘活動(dòng)影響后，不僅巷道周邊，而且?guī)r體都處于強(qiáng)烈的支承壓力下，產(chǎn)生大范圍的塑性變形而嚴(yán)重破壞。

（3）巷道周邊和巖體的位移規(guī)律，及周邊位移和錨桿端部的位移差，對(duì)錨桿受力大小影響很大。深表比越小，錨桿受力越大，反之則受力越小。

（4）巷道圍巖變形還與巷道周?chē)扑閹в幸欢ǖ年P(guān)系，巷道四周的破碎帶范圍越大圍巖變形越嚴(yán)重。

3 巷道支護(hù)形式選擇原則

由于千秋煤礦井下地質(zhì)條件較為復(fù)雜，為了充分發(fā)揮錨網(wǎng)索聯(lián)合支護(hù)的作用，提高巷道支護(hù)強(qiáng)度，應(yīng)遵守以下原則。

（1）錨桿支護(hù)必須一次性支護(hù)就能有效抑制巷道周?chē)淖冃危苊獬霈F(xiàn)前掘后修的現(xiàn)象。保證對(duì)巷道高強(qiáng)支護(hù)后能有效滿(mǎn)足工作面達(dá)到服務(wù)年限。

（2）預(yù)應(yīng)力是錨桿支護(hù)中的首要因素，只有實(shí)現(xiàn)高預(yù)應(yīng)力的錨桿支護(hù)才是真正的高強(qiáng)度錨桿支護(hù)，才能充分發(fā)揮錨桿支護(hù)最大作用。

（3）支護(hù)必須要做到高強(qiáng)度、高剛度、高可靠性，在保證支護(hù)有效、可靠及安全的條件下，盡量減小錨桿、錨索的打設(shè)密度，才能有效的提高巷道掘進(jìn)進(jìn)尺。

（4）必須具備較高的可操作性，便于井下的施工和日常的監(jiān)測(cè)工作。

（5）還要充分的考慮到經(jīng)濟(jì)適用性。在保證巷道整體支護(hù)效果和安全可靠的前提下，做到經(jīng)濟(jì)合理，有效于降低巷道支護(hù)費(fèi)用。

4 高預(yù)應(yīng)力強(qiáng)力支護(hù)方案及參數(shù)設(shè)計(jì)

結(jié)合千秋煤礦實(shí)際情況，對(duì)于試驗(yàn)巷道支護(hù)方案的確定采用動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)方法，在對(duì)巷道支護(hù)方案優(yōu)化之前，首先對(duì)錨桿支護(hù)系統(tǒng)關(guān)鍵支護(hù)參數(shù)進(jìn)行分析，在此研究成果基礎(chǔ)上，結(jié)合該類(lèi)巷道維護(hù)經(jīng)驗(yàn)，根據(jù)千秋煤礦地質(zhì)生產(chǎn)條件特征，采用大型數(shù)值計(jì)算軟件FLAC3D進(jìn)行不同支護(hù)方式下巷道圍巖變形分析及實(shí)驗(yàn)，最終確定了采用高預(yù)應(yīng)力強(qiáng)力支護(hù)方案。

4.1 18220上巷支護(hù)設(shè)計(jì)方案

依據(jù)巷道生產(chǎn)的要求和巷道圍巖變形預(yù)留量，設(shè)計(jì)18220上巷斷面為拱形，掘進(jìn)寬度7.0m，高4.1m，凈寬6.3m，凈高3.8m，掘進(jìn)斷面面積22.7m2，凈斷面面積21.7m2。經(jīng)過(guò)數(shù)值模擬分析，結(jié)合井下實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，確定18220上巷采用高預(yù)應(yīng)力加長(zhǎng)錨固強(qiáng)力錨桿錨索組合支護(hù)系統(tǒng)和6317型36U型棚聯(lián)合支護(hù)方式。巷道支護(hù)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

4.2 支護(hù)參數(shù)

（1）錨桿為?22×2400mm左旋無(wú)縱筋螺紋鋼筋高強(qiáng)度錨桿，鋼號(hào)為CRM600號(hào)，排距為900mm×850mm，每排安裝14根，錨固長(zhǎng)度不小于900mm，錨固力不小于228KN。

（2）錨桿配件為高強(qiáng)螺母M24，配合高強(qiáng)度托盤(pán)、調(diào)心球和尼龍墊片，錨桿托盤(pán)規(guī)格：150×150×10mm，承載能力不低于285kN。

（3）W鋼護(hù)板規(guī)格：450mm×280mm×5mm；鋪設(shè)的網(wǎng)為金屬菱形網(wǎng)，材料為10#鐵絲，網(wǎng)孔規(guī)格40mm×40mm；每隔200mm用16#鉛絲聯(lián)接，雙邊搭接三花布置。

（4）錨索為?21.6mm1×19股高強(qiáng)度鋼絞線(xiàn)錨索，長(zhǎng)度為6300mm。使用一支MSK2335和兩支MSZ2360樹(shù)脂錨藥卷進(jìn)行錨固。每排打設(shè)5根錨索，間排距為1700mm×1800mm。錨索角度垂直巷道輪廓打設(shè)，要求錨索初始張拉不低于250kN。

4.3 施工工藝及要求

（1）巷道頂部支護(hù)施工工藝：掘進(jìn)機(jī)割煤→處理掉頂、幫危巖→出煤→打設(shè)頂部錨桿孔→鋪設(shè)雙層金屬菱形網(wǎng)→安裝W型鋼護(hù)板→→安裝樹(shù)脂藥卷及錨桿→攪拌樹(shù)脂藥卷（不小于40S）→安裝高強(qiáng)錨桿托盤(pán)→安裝錨桿調(diào)心球→阻尼墊片→等待→1分鐘左右擰緊螺母（預(yù)緊力必須達(dá)到400Nm）→打設(shè)頂部錨索孔→安裝樹(shù)脂藥卷及?21.61×19絲高強(qiáng)度錨索→安裝高強(qiáng)錨索托盤(pán)及鎖具→用錨索張拉機(jī)具進(jìn)行張拉不低于250kN。

（2）巷道兩幫施工工藝：掛網(wǎng)→打設(shè)錨桿孔、清孔→安裝W型鋼護(hù)板→安裝樹(shù)脂藥卷及錨桿→攪拌樹(shù)脂藥卷（不小于40S）→安裝高強(qiáng)錨桿托盤(pán)→安裝錨桿調(diào)心球→阻尼墊片→等待→1分鐘左右擰緊螺母（預(yù)緊力必須達(dá)到400Nm）。

（3）18220上巷采用掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn)。巷道頂板較為完整時(shí)可從下向上進(jìn)行割煤，若頂板較為破碎難以控制時(shí)從上向下進(jìn)行割煤，掘進(jìn)割煤時(shí)嚴(yán)格按照巷道的設(shè)計(jì)尺寸進(jìn)行，不得出現(xiàn)欠挖的現(xiàn)場(chǎng)，超挖要控制在200mm以?xún)?nèi)，為后期的巷道支護(hù)創(chuàng)造良好的條件。

5 支護(hù)效果監(jiān)測(cè)

礦壓監(jiān)測(cè)結(jié)果表明，掘進(jìn)期間，頂板最大下沉量80mm，兩幫最大移近量為140mm，靠采空側(cè)幫最大變形量為115mm，實(shí)體煤側(cè)幫最大移近量為25mm，底鼓量最大155mm，回采期間，頂板最大下沉量160mm，采空側(cè)幫最大變形量為261mm，實(shí)體煤側(cè)幫最大移近量為90mm，底鼓量最大388mm，巷道整體穩(wěn)定，滿(mǎn)足生產(chǎn)要求，較于同類(lèi)型其它巷道，圍巖變形量大幅度減小，錨桿、錨索受力穩(wěn)定，圍巖穩(wěn)定周期明顯縮短，頂板和兩幫煤體基本保持完整，巷道穩(wěn)定。從上面的技術(shù)分析可以看出，高預(yù)應(yīng)力強(qiáng)力錨桿支護(hù)技術(shù)能夠較好的控制該類(lèi)條件下圍巖變形，提高了厚煤層沿空掘巷支護(hù)條件下巷道維護(hù)的可靠性。

6 結(jié)語(yǔ)

采用高預(yù)應(yīng)力強(qiáng)力支護(hù)系統(tǒng)，有效提高了錨桿、錨索支護(hù)的可靠性，降低了巷道的變形量，使礦井的錨桿支護(hù)技術(shù)水平，取得

了明顯技術(shù)效果；從巷道支護(hù)材料、巷道維護(hù)費(fèi)用和人工費(fèi)用三個(gè)方面降低了支護(hù)成本，每米巷道支護(hù)材料成本降低1631.52元，提高了巷道掘進(jìn)速度50%，實(shí)用性很強(qiáng)，對(duì)于該煤礦錨桿支護(hù)技術(shù)的應(yīng)用和推廣具有十分重要的意義，由此可帶來(lái)很大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

[1]吳擁政，何杰.厚煤層沿空掘巷支護(hù)關(guān)鍵技術(shù)研究報(bào)告[R].6-18.

[2]王作棠，周華強(qiáng)，謝耀社.礦山巖體力學(xué)[M].中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社,2007,12(01):67-71.

[3]陳建明.煤礦井下巷道掘進(jìn)托頂煤施工技術(shù)[J].中州煤炭,2014(03):28-28.

方玉翔（1982—）男，河南義馬人，助理工程師，2002畢業(yè)于河南工程技術(shù)學(xué)校，現(xiàn)從事煤礦生產(chǎn)技術(shù)工作。