大埋深、高地應(yīng)力連續(xù)揭、過突出煤層支護(hù)技術(shù)研究及應(yīng)用

任依樸 吳建輝 李東洞

摘要：在巖層中掘進(jìn)巷道后，免壓圈內(nèi)的頂板巖石由于s重力的作用，開始下沉，巖層與巖層之間的粘結(jié)力會(huì)削弱而產(chǎn)生脫開或離層的現(xiàn)象，此時(shí)采用錨網(wǎng)索支護(hù)把頂板巖石聯(lián)在一起，防止各巖層粘結(jié)力的削弱和巖層的分離，減少頂板的彎曲下沉。

Abstract： After excavating the roadway in the rock stratum， the roof rock in the pressure-free ring begins to sink due to the action of s gravity， and the bond between the rock layers is weakened， resulting in the phenomenon of disengagement or separation. At this time， the anchorage of the roof plate is used to support the roof rock together to prevent the weakening of the adhesion of each rock layer and the separation of the rock formation， and reduce the bending and sinking of the roof.

關(guān)鍵詞：錨網(wǎng)索噴;永久支護(hù);揭煤工作面

Key words： anchor net spray;permanent support;uncovering coal face

中圖分類號(hào)：TD353? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1006-4311（2018）34-0177-02

0? 引言

平煤股份八礦二水平己一采區(qū)中部，西起采區(qū)下山，東部臨近己一、己五采區(qū)邊界。根據(jù)附近鉆孔及勘探線剖面綜合分析，該工作面己15賦存煤層情況比較穩(wěn)定，厚度一般在3.0～4.39m之間，平均厚度為3.5m;煤層傾角5～15°，平均10°。煤層直接頂板為砂質(zhì)泥巖，厚約10m，中間含0.7m厚的細(xì)粒砂巖。直接底板為砂質(zhì)泥巖，厚6-8m。己15煤層與己16、17煤層層間距為3.5m左右。

2014年12月，瓦斯研究所在己15-21030風(fēng)巷低位巷外口70m、80m位置布置一組測試鉆孔對該區(qū)域己15煤層的原始瓦斯壓力、瓦斯含量進(jìn)行測定，其中瓦斯壓力為2.4MPa，瓦斯含量為12m3/t，超出突出危險(xiǎn)臨界指標(biāo)。該工作面位于突出危險(xiǎn)區(qū)，施工期間應(yīng)嚴(yán)格按照突出危險(xiǎn)工作面進(jìn)行裝備和管理。

1? 己15—21030機(jī)抽巷設(shè)備道揭煤工作面基本情況

平煤股份八礦二水平己一采區(qū)己15-21030機(jī)巷底抽巷設(shè)備道設(shè)計(jì)工程量97.7m（前期建井處施工，現(xiàn)剩余工程量為74.5m;停頭位置距己15煤層頂板法線距離約為5.6m），設(shè)計(jì)為半圓拱形結(jié)構(gòu)，凈寬4200mm，凈高3200mm，采用錨網(wǎng)索噴支護(hù)，噴漿厚度為120mm。方位角為148°11′29″，先以平巷施工40.8m，然后按23°下山施工56.9m與機(jī)巷底抽巷貫通，其中23°下山施工8.3m處預(yù)計(jì)將揭露己15煤層，施工25.9m處預(yù)計(jì)將揭露己16-17煤層。從機(jī)巷底抽巷設(shè)備道底板距己15煤層頂板法線距離5m至己16-17煤層底板下2m的作業(yè)過程均屬于揭煤作業(yè)（預(yù)計(jì)共計(jì)46.5m）。

根據(jù)施工中巖巷揭露情況及地質(zhì)資料推測，揭煤位置地面對應(yīng)標(biāo)高+100m，己15煤層底板標(biāo)高-846.4m，煤層埋深946.4m，煤層厚度3.2-3.5m，己15煤層頂板為3.0m的砂質(zhì)泥巖，其上為3.0m的細(xì)砂巖，己15煤層與己16-17煤層之間夾矸巖柱為約3.5m的砂質(zhì)泥巖。己16-17煤層底板標(biāo)高-850.1m，煤層埋深950.1m，煤層厚度1.8-2.0m，底板為厚約4.75m砂質(zhì)泥巖，其下為8.4m細(xì)砂巖，掘進(jìn)方向上煤層傾角約5°。

2? 連續(xù)揭、過己15煤層、己16、17煤層支護(hù)

2.1 錨網(wǎng)索噴支護(hù)設(shè)計(jì)理論

錨網(wǎng)索支護(hù)效果是通過懸吊作用、組合梁作用、圍巖補(bǔ)強(qiáng)作用、擠壓連接作用、擠壓加固拱作用互相聯(lián)系互相補(bǔ)充，共同作用的結(jié)果，而不是單獨(dú)存在的。

懸吊：錨桿（索）將軟弱巖層吊掛在上面堅(jiān)固穩(wěn)定的巖層上。即當(dāng)巷道頂板為煤時(shí)，很容易脫落，但煤層頂板以上的巖石比較堅(jiān)固。這時(shí)錨桿可以通過直接頂板到達(dá)老頂上（若錨桿長度不夠，可以配合錨索使用），就像是“釘釘子”一樣，把容易脫落的直接頂板“釘牢”在老頂上。

圍巖補(bǔ)強(qiáng)：巷道深部圍巖中的巖石是處于三軸受力狀態(tài)，而靠近巷道周邊的巖石則是處于二軸受力狀態(tài)，后者的強(qiáng)度大大小于三軸的強(qiáng)度，故易于破壞而喪失穩(wěn)定性。巷道圍巖打錨桿后，有些巖石又部分地恢復(fù)了三軸受力狀態(tài)，增大了他本身的強(qiáng)度;另外錨桿還可以增加巖層弱面的剪斷阻力，使巷道周邊圍巖不易破壞和失穩(wěn)。

通過錨網(wǎng)索支護(hù)后再進(jìn)行噴混凝土同巖層緊密的結(jié)合，形成很高的粘結(jié)力，并能充填頂幫圍巖的裂隙和凹穴。防止巖層松動(dòng)和風(fēng)化。

這種支護(hù)方案具有高強(qiáng)和早強(qiáng)的性能，能及時(shí)有效地阻止圍巖的離層和松動(dòng)，并和巖層共同作用來維護(hù)巷道，減少巷道變形量。

2.2 揭、過己15煤層、己16、17煤層錨索支護(hù)參數(shù)設(shè)計(jì)及穿楔布置

①當(dāng)施工至巷道頂板為己15煤層頂板時(shí)，沿巷道頂板輪廓線，以俯角為-15°～-20°的前進(jìn)方向加打5根穿楔，穿楔規(guī)格為Φ50×5000mm或Φ20×2400mm管縫錨桿。②施工每前進(jìn)1.8m在頂板輪廓線上加打穿楔，直至己15煤層完全托在巷道頂板上，依據(jù)頂板情況可加打穿楔數(shù)量，加強(qiáng)頂板托煤支護(hù)。③當(dāng)巷道頂板距己15煤層底板板1.2m時(shí)，施工每前進(jìn)一排，將原支護(hù)錨索Φ17.8×6300mm，更換為Φ17.8×8000mm錨索，確保錨索錨固端在己15煤層頂板以上穩(wěn)定巖層中不少于1.0m，每排不少于5根，間距700mm±100mm。④當(dāng)巷道頂板距己15煤層底板2.8m時(shí)，施工每前進(jìn)一排，將原支護(hù)錨索Φ17.8×8000mm，更換為Φ17.8×10000mm的錨索，確保錨索錨固端在己15煤層頂板以上穩(wěn)定巖層中不少于1.0m，每排不少于5根，間距700mm±100mm。⑤當(dāng)施工至巷道頂板為己16.17煤層頂板時(shí)，沿沿巷道頂板輪廓線，以俯角為-15°～-20°的前進(jìn)方向加打穿楔，穿楔規(guī)格與過己15煤層頂板打穿楔一致。⑥當(dāng)巷道頂板距己16.17煤層頂板2.0m時(shí)，施工每前進(jìn)一排，將原支護(hù)錨索Φ17.8×10000mm，更換為Φ17.8×5000mm的錨索，確保錨索錨固端在己16.17煤層頂板以上穩(wěn)定巖層中不少于1.0m，每排不少于5根，間距700mm±100mm。⑦當(dāng)巷道頂板距己16.17煤層底板1.9m時(shí)，施工每前進(jìn)一排，將原支護(hù)錨索Φ17.8×5000mm，更換為Φ17.8×6300mm的錨索，確保錨索錨固端在己16.17煤層頂板以上穩(wěn)定巖層中不少于1.0m，每排不少于5根，間距700mm±100mm。⑧當(dāng)巷道頂板距己16.17煤層底板3.2m時(shí)，施工每前進(jìn)一排，將原支護(hù)錨索Φ17.8×6300mm，更換為Φ17.8×8000mm的錨索，確保錨索錨固端在己16.17煤層頂板以上穩(wěn)定巖層中不少于1.0m，每排不少于5根，間距700mm±100mm。⑨當(dāng)巷道頂板距己16.17煤層底板5.3m時(shí)，施工每前進(jìn)一排，將原支護(hù)錨索Φ17.8×8000mm，更換為Φ17.8×4500mm的錨索，每排不少于5根，間距700mm±100mm。⑩巷施繼續(xù)向前施工3.5m，工作面頂板錨索支護(hù)規(guī)格及長度恢復(fù)原支護(hù)設(shè)計(jì)，直至與己15-21030機(jī)巷底抽巷貫通（每1.4m補(bǔ)打2根Φ17.8×6300mm的錨索）。

2.3 錨網(wǎng)索噴支護(hù)標(biāo)準(zhǔn)及要求

①錨桿間距：幫、頂錨桿間距：700mm±100mm。②錨桿排距：700mm±100mm。③錨桿托盤須緊貼巖面，螺帽不得松動(dòng)。④頂錨桿錨固力≥126kN;錨桿預(yù)緊力扭矩≥200N·m。⑤網(wǎng)搭接要求：頂網(wǎng)與頂網(wǎng)、幫網(wǎng)與幫網(wǎng)搭接長度均為不小于100mm;網(wǎng)與網(wǎng)之間必須由錨盤壓緊;搭接處用12#鐵絲連網(wǎng)并扎緊，連網(wǎng)間距不超過200mm。⑥錨桿角度：與巖面及巷道輪廓線夾角≥75°。⑦錨桿露出螺母長度：10mm～50mm。⑧兩幫支護(hù)滯后工作面不得超過5排，滯后時(shí)間不得超過1天。⑨錨索露出索具長度：150～250mm。⑩錨索必須及時(shí)預(yù)緊，錨固力≥200kN。{11}水泥用425﹟硅酸鹽水泥。{12}沙子用中粗沙或粗沙。{13}噴層厚度不得小于120mm，并保證成形美觀，噴層密實(shí)，表面平整，無赤腳、穿裙現(xiàn)象。

2.4 錨索布置剖面圖

錨索布置剖面圖見圖1。

3? 現(xiàn)場施工管理

①每次爆破之后，要認(rèn)真執(zhí)行敲幫問頂，找掉活矸危巖。找頂工作前要先清理好退路，并有兩人找頂，其中一人找頂、一人觀察頂板。應(yīng)從有完好支護(hù)的地點(diǎn)開始，有外向里，先頂部后兩幫，依次進(jìn)行。找頂時(shí)找頂范圍內(nèi)嚴(yán)禁其他人員進(jìn)入。②點(diǎn)柱上方必須用大板接頂，點(diǎn)柱底根要打在實(shí)底上，不能打在實(shí)底上的要加墊木板。③錨網(wǎng)索支護(hù)最大空頂距不得超過1.0m，最小空頂距不得超過0.3m。④在帶帽頂柱掩護(hù)下打錨桿作業(yè)，當(dāng)所有錨桿施工完畢后方可拆除臨時(shí)支護(hù)。⑤巷道每隔50m，建立一個(gè)頂板離層監(jiān)測儀，并用記錄牌板顯示數(shù)據(jù)，深部基點(diǎn)為6m，淺部基點(diǎn)為4m，每次觀測數(shù)據(jù)記錄在牌板上。⑥認(rèn)真做好巷道位移觀測工作，采用十字測點(diǎn)法進(jìn)行。每50m設(shè)一測點(diǎn)，其中頂板下沉量及下沉速度應(yīng)控制在以下范圍：10天平均位移量大于5mm/天或30天平均位移量大于3mm/天，必須分析原因、采取措施處理。⑦每300根錨桿，抽試一組錨桿，拉拔試驗(yàn)每組試驗(yàn)3根;每施工50m巷道，抽試一組錨索，拉拔試驗(yàn)每組試驗(yàn)2根。被檢測的錨桿或錨索只要有1根不合格，再抽樣一組進(jìn)行試驗(yàn)。再不合要求，必須組織有關(guān)人員研究錨桿施工質(zhì)量不合格的原因，并采取相應(yīng)的處理措施。

4? 支護(hù)效果及評價(jià)

應(yīng)用實(shí)踐證明，采用錨桿+錨索（錨索長度根據(jù)穩(wěn)定巖層厚度確定）+噴漿支護(hù)方式后，連續(xù)穿過兩層煤體壓力不明顯，幾乎無變形，滿足了礦井生產(chǎn)需求。通過錨索與深部圍巖相連，提高了次生承載結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，同時(shí)調(diào)動(dòng)了深部圍巖的承載能力，使更大范圍內(nèi)巖體共同承載，提高了承載能力，有效降低了巷道服務(wù)期間返修率，保證了生產(chǎn)所需的有效斷面。在大埋深、高地應(yīng)力礦井中石門揭煤支護(hù)過程中全面推廣應(yīng)用，大大提高了經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

參考文獻(xiàn)：

[1]王建兵，陳書燦，劉昌龍.錨網(wǎng)索噴聯(lián)合支護(hù)技術(shù)在大斷面軟巖車場施工中的應(yīng)用[J].價(jià)值工程，2015（21）.

[2]王帥.掘進(jìn)工作面臨時(shí)支護(hù)技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用[J].價(jià)值工程，2015（22）.

[3]劉震，李增華，楊永良，季淮君，唐一博.石門揭煤區(qū)域防突巖巷卸壓消突作用[J].采礦與安全工程學(xué)報(bào)，2013（06）.