淺談大斷面半煤巖錨網(wǎng)支護(hù)參數(shù)優(yōu)化“五步法”

張寶春+吳建輝+潘小偉

摘 要：大斷面半煤巖錨網(wǎng)支護(hù)巷道綜掘快速成巷技術(shù)一直是煤礦掘進(jìn)施工的難題。長期以來，國內(nèi)外眾專家對(duì)于巷道快速掘進(jìn)和頂板控制技術(shù)的研究一直沒有間斷，也取得具有代表性的巷道快速掘進(jìn)和控制技術(shù)。對(duì)于大斷面半煤巖錨網(wǎng)支護(hù)開掘巷道而言，支護(hù)參數(shù)的優(yōu)化技術(shù)直接影響著巷道的快速成巷。在平煤股份八礦丁一上部集中運(yùn)輸巷采用錨桿支護(hù)信息動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)五步法，優(yōu)化了巷道的支護(hù)參數(shù)，加快了成巷速度，同時(shí)減少了材料消耗，具有積極的推廣意義。

關(guān)鍵詞：大斷面；錨桿支護(hù)；參數(shù)優(yōu)化；五步法

1 概述

錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)是煤巷錨桿支護(hù)技術(shù)中的核心內(nèi)容。如果參數(shù)選擇或支護(hù)形式不合理，會(huì)造成兩個(gè)極端：一是支護(hù)強(qiáng)度太高，浪費(fèi)材料，影響巷道的快速掘進(jìn)；二是支護(hù)強(qiáng)度不夠，發(fā)生冒頂事故。因此，錨桿支護(hù)形式和參數(shù)的選擇對(duì)錨桿支護(hù)的優(yōu)越性具有重要意義。

為了更好適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)巷道快速成巷，提出在大斷面半煤巖錨網(wǎng)支護(hù)巷道中采用錨桿支護(hù)信息動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)“五步”法，通過對(duì)實(shí)際支護(hù)的監(jiān)測(cè)，積極主動(dòng)與煤礦設(shè)計(jì)部門聯(lián)系，分析相關(guān)數(shù)據(jù)，并運(yùn)用相關(guān)理論進(jìn)行科學(xué)論證，優(yōu)化巷道支護(hù)參數(shù)。

2 錨網(wǎng)支護(hù)動(dòng)態(tài)信息設(shè)計(jì)“五步”法

錨桿支護(hù)動(dòng)態(tài)信息設(shè)計(jì)法包括五部分：施工地點(diǎn)調(diào)查和地質(zhì)力學(xué)評(píng)估；初始設(shè)計(jì)；井下支護(hù)效果監(jiān)測(cè)；信息反饋和支護(hù)參數(shù)優(yōu)化；優(yōu)化后井下監(jiān)測(cè)。該設(shè)計(jì)方法具有兩大特點(diǎn)，即動(dòng)態(tài)性與信息性：一，設(shè)計(jì)是一個(gè)動(dòng)態(tài)過程；其二，設(shè)計(jì)充分利用各種信息。

初始設(shè)計(jì)支護(hù)效果監(jiān)測(cè)信息反饋和支護(hù)參數(shù)優(yōu)化后支護(hù)效果監(jiān)測(cè)施工地點(diǎn)調(diào)查和地質(zhì)力學(xué)評(píng)估。

采用錨桿支護(hù)信息動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)法，通過對(duì)實(shí)際支護(hù)效果的監(jiān)測(cè)，積極主動(dòng)與礦設(shè)計(jì)部門聯(lián)系，分析相關(guān)數(shù)據(jù)，并合理利用錨桿支護(hù)相關(guān)理論進(jìn)行科學(xué)論證，優(yōu)化巷道支護(hù)參數(shù)。

3 支護(hù)參數(shù)優(yōu)化分析

3.1 施工地點(diǎn)調(diào)查和地質(zhì)力學(xué)評(píng)估

施工地點(diǎn)調(diào)查包括圍巖強(qiáng)度、圍巖結(jié)構(gòu)、地應(yīng)力、錨固性能測(cè)試及相鄰或相似巷道的支護(hù)設(shè)計(jì)等內(nèi)容，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行地質(zhì)力學(xué)評(píng)估和圍巖分類，為初始設(shè)計(jì)提供可靠的參數(shù)。

丁一上部集中運(yùn)輸巷，沿丁5.6煤層頂板，丁5.6煤層局部偽頂為0～0.3m炭質(zhì)泥巖，直接底為砂質(zhì)泥巖，局部為細(xì)砂巖，含丁4煤（局部有缺失現(xiàn)象），基本頂為細(xì)至粗粒砂巖。煤層底板為泥巖，遇水易膨脹，基本底為砂質(zhì)泥巖及條帶狀細(xì)砂巖。

3.2 支護(hù)參數(shù)初始設(shè)計(jì)

巷道初始設(shè)計(jì)采用解析法、工程類比法和圍巖松動(dòng)圈分類法進(jìn)行，根據(jù)圍巖參數(shù)和己有實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)確定出比較合理的初始設(shè)計(jì)。丁一上部集中運(yùn)輸巷初始設(shè)計(jì)采用經(jīng)驗(yàn)法進(jìn)行，根據(jù)圍巖參數(shù)和已有實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)確定出合理的初始設(shè)計(jì)，進(jìn)行驗(yàn)算。然后將初始設(shè)計(jì)應(yīng)用于井下，進(jìn)行日常監(jiān)測(cè)，保證巷道的安全。

丁一上部集中運(yùn)輸巷支護(hù)參數(shù)及設(shè)計(jì)斷面：凈寬×凈高=5200×3300mm，S=17.2m2。幫錨桿選用Φ20×2400mm的高強(qiáng)錨桿，頂錨桿選用Φ20×2400mm的讓壓錨桿，錨索選用Φ17.8×6500mm的高強(qiáng)蜂窩式鋼絞線錨索。

3.3 支護(hù)效果監(jiān)測(cè)

3.3.1支護(hù)效果監(jiān)測(cè)的目的及內(nèi)容

（1）支護(hù)監(jiān)測(cè)目的

完整的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)資料可以為巷道支護(hù)的成功實(shí)施提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，是巷道支護(hù)工程得以鞏固和發(fā)展的重要保證。

（2）支護(hù)監(jiān)測(cè)的內(nèi)容

第一，巷道表面位移觀測(cè)：包含兩幫相對(duì)移近、頂?shù)装逑鄬?duì)移近、頂板離層下沉等。第二，頂板離層監(jiān)測(cè)：頂板離層是指圍巖中布置的兩測(cè)點(diǎn)之間以及錨桿端部圍巖與巷道頂板表面之間的相對(duì)位移值。當(dāng)其達(dá)到一定數(shù)量，錨桿端部巖層同深部巖層之間產(chǎn)生離層現(xiàn)象。第三，錨桿受力監(jiān)測(cè)：通過儀器監(jiān)測(cè)錨桿的受力情況，及時(shí)了解錨桿的工作狀態(tài)。第四，錨索受力監(jiān)測(cè)：錨索作用是將錨桿支護(hù)形成整體懸吊，維護(hù)巷道安全。

3.3.2支護(hù)效果監(jiān)測(cè)及數(shù)據(jù)分析

（1）測(cè)站和測(cè)點(diǎn)的布置

從巷道掘進(jìn)開始，每隔30～50m布置測(cè)站，分別以1#、2#等沿丁一上部集中運(yùn)輸巷工作面向里依次編號(hào)，并在巷道頂板中心位置安裝離層觀測(cè)儀，記錄兩個(gè)基點(diǎn)（即深基點(diǎn)、淺基點(diǎn)）的位移或者離層變化數(shù)據(jù)，監(jiān)測(cè)錨桿錨索錨固范圍內(nèi)的頂板離層量變化。

測(cè)站內(nèi)測(cè)點(diǎn)位移一般按“十字交叉法”布置，觀測(cè)巷道頂?shù)装寮皟蓭偷南鄬?duì)移近量。

從圖表的曲線可以看出，24天內(nèi)兩幫移近量較大，頂?shù)滓平坎淮螅畲蟛怀^6mm，頂板離層量也是，12天后變形趨于穩(wěn)定，巷道總體收斂量不大，說明原設(shè)計(jì)支護(hù)參數(shù)過于保守，應(yīng)適當(dāng)減少支護(hù)密度，降低支護(hù)成本。

3.4 支護(hù)參數(shù)優(yōu)化及日常監(jiān)測(cè)

3.4.1支護(hù)參數(shù)優(yōu)化

根據(jù)井下現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)信息驗(yàn)證對(duì)初始設(shè)計(jì)進(jìn)行修改，優(yōu)化支護(hù)參數(shù)，使設(shè)計(jì)更加合理。例如，當(dāng)巷道表面位移過大，說明巷道支護(hù)強(qiáng)度小，應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)支護(hù)；當(dāng)巷道頂板無離層、表面位移很小時(shí)，適當(dāng)減小支護(hù)密度，為巷道綜掘快速施工提供技術(shù)保障。

3.4.2 支護(hù)參數(shù)優(yōu)化后日常監(jiān)測(cè)及數(shù)據(jù)分析

通過對(duì)施工巷道的“十字”位移及頂板離層儀的觀測(cè)，巷道施工后9天內(nèi)頂?shù)装遄畲笠平繛?0mm，兩幫為26mm，離層量都未超過8mm；巷道施工24天內(nèi)頂?shù)装遄畲笠平繛?4mm，兩幫為38mm，離層量都未超過10mm，頂板變形不大，處于可控范圍。說明優(yōu)化后巷道支護(hù)參數(shù)合理，能保證巷道安全穩(wěn)定，同時(shí)擴(kuò)大排距，減少錨索支護(hù)密度，循環(huán)進(jìn)尺量由1.6m增加到2m，并縮短錨索時(shí)間，不僅節(jié)省材料費(fèi)用，而且提高巷道掘進(jìn)速度。

4 應(yīng)用效果

通過支護(hù)參數(shù)優(yōu)化的實(shí)施，大斷面錨網(wǎng)支護(hù)單進(jìn)水平能夠得到大幅度提高，綜掘機(jī)械化作業(yè)水平得到提高，同時(shí)克服不利因素，消除系統(tǒng)影響，2016年3月丁一上部集中運(yùn)輸巷創(chuàng)造公司綜掘單進(jìn)527m的新記錄，為此，大斷面半煤巖錨網(wǎng)支護(hù)綜掘快速掘進(jìn)技術(shù)能夠應(yīng)用推廣。

5 小結(jié)

在丁一上部集中運(yùn)輸巷，通過采用錨網(wǎng)索支護(hù)動(dòng)態(tài)信息設(shè)計(jì)“五步”法優(yōu)化了巷道的支護(hù)參數(shù)，增加了錨桿排距，減少了錨桿、錨索的支護(hù)密度，從而提高掘進(jìn)速度，為大斷面半煤巖錨網(wǎng)支護(hù)巷道的快速成巷奠定了基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

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