厚硬頂板巷道的支護(hù)方案及施工要點(diǎn)*

張緒濤

1 工程概況與地質(zhì)條件

1.1 工程概況與地質(zhì)條件

鳳凰山礦為晉城煤業(yè)集團(tuán)下屬主力生產(chǎn)礦井之一，1965年建礦，擴(kuò)建后生產(chǎn)能力4 Mt/a。礦井相對(duì)瓦斯涌出量為5.24 m3／t，屬低瓦斯礦井。井田內(nèi)主要含煤地層為山西組和太原組，總厚141.48 m，煤層總厚14.25 m，煤層傾角3°～10°。井田內(nèi)煤層均屬高變質(zhì)的無煙煤。

鳳凰山煤礦154307工作面埋深在200 m左右，工作面走向長(zhǎng)度783.4 m，傾斜寬度176.4 m；開采15號(hào)煤層，煤層厚度1.7～3.1 m，平均2.13 m，煤層傾角0°～10°，平均5°，工作面的布置見圖1。煤層結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，含一層0.28 m厚較穩(wěn)定夾矸；15號(hào)煤層整體性和穩(wěn)定性好，強(qiáng)度高，平均強(qiáng)度約為22.25 MPa。煤層普氏硬度2～4，夾矸普氏硬度1～2，煤體容重1.5 t/m3。工作面瓦斯絕對(duì)涌出量為2.3 m3/min。工作面二氧化碳絕對(duì)涌出量為1 m3/min。煤塵無爆炸性，為自燃煤層。

工作面內(nèi)有一向斜和一背斜，其中背斜軸向N7°E，傾伏SE，兩翼傾角0°～6°，平均4°；向斜軸向N12°W，傾伏NW，兩翼傾角0°～25°，平均8°，對(duì)回采有一定影響。回風(fēng)巷內(nèi)距停采線向里438.5～425.5 m范圍內(nèi)為一構(gòu)造影響區(qū)，對(duì)回采影響較大。

圖1 154307工作面布置

煤層直接頂板為石灰?guī)r，其平均厚度為9.94 m，平均抗壓強(qiáng)度為116.43 MPa，屬大厚度堅(jiān)硬且不易垮落的頂板；煤層底板為軟質(zhì)泥巖，平均抗壓強(qiáng)度僅為11.4 MPa，其膨脹率約為0.63%，遇水易膨脹強(qiáng)度下降明顯。154307工作面水文地質(zhì)條件較為簡(jiǎn)單，地下水主要來自上覆厚硬石灰?guī)r層間裂隙水。

2 軌道順槽維護(hù)特點(diǎn)及支護(hù)參數(shù)

2.1 軌道順槽維護(hù)特點(diǎn)

根據(jù)目前已掌握的工程地質(zhì)資料及現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研分析，軌道順槽的維護(hù)主要特點(diǎn)如下：

（1）154307工作面走向長(zhǎng)度783.4 m，軌道順槽為回采服務(wù)時(shí)間較長(zhǎng)，并且本工作面回采后將留巷作為下一工作面的運(yùn)輸順槽繼續(xù)使用，巷道將承受兩次強(qiáng)烈的采動(dòng)影響，因此對(duì)巷道變形量及穩(wěn)定性要求高。

（2）巷道局部具有斷層、陷落柱等地質(zhì)構(gòu)造，構(gòu)造位置不明，支護(hù)方案需根據(jù)迎頭情況及時(shí)調(diào)整。

（3）煤層頂板為堅(jiān)硬的石灰?guī)r，其強(qiáng)度為116 MPa，現(xiàn)場(chǎng)錨桿施工困難。

（4）根據(jù)對(duì)相鄰的154305工作面調(diào)研情況，巷道頂板局部有淋水，水源主要為上覆K2石灰?guī)r層間裂隙水及上部小窯采空區(qū)積水下滲，巷道大量積水給現(xiàn)場(chǎng)施工及巷道維護(hù)帶來困難。

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2.2 軌道順槽支護(hù)參數(shù)

針對(duì)154307工作面的地質(zhì)條件，軌道順槽掘進(jìn)期間采用錨帶網(wǎng)索組合支護(hù)技術(shù)[1-3]對(duì)圍巖進(jìn)行有效控制，以控制巷道的變形量保證巷道的整體穩(wěn)定。

（1）石灰?guī)r頂板段

a、頂板支護(hù)

巷道頂板采用高強(qiáng)度螺紋鋼錨桿配合鋼制托盤支護(hù)，支護(hù)方式見圖2（a）、（b），支護(hù)參數(shù)見表1。

b、非回采幫支護(hù)

采用高強(qiáng)度螺紋鋼錨桿配合M3鋼帶支護(hù)，支護(hù)方式見圖2（c），支護(hù)參數(shù)如表1所示。M3鋼帶設(shè)置4個(gè)圓孔，孔距為800 mm，M3鋼帶的加工尺寸見圖2（e）。巷道肩角和底角處的錨桿分別向上下傾斜20°安裝。

c、回采幫支護(hù)

圖2 石灰?guī)r頂板巷段的支護(hù)

（2）斷層帶及軟巖頂板段

a、頂板支護(hù)

巷道頂板采用高強(qiáng)度螺紋鋼錨桿配合鋼制托盤及鋼筋托梁壓網(wǎng)+錨索支護(hù)，支護(hù)方式見圖3（b），支護(hù)參數(shù)見表1。鋼筋托梁規(guī)格為SB-14-4500-4型，采用Ф16 mm圓鋼焊接而成，托梁寬度為80 mm，長(zhǎng)度為4500 mm，在與錨桿位置相應(yīng)的位置設(shè)置兩段縱筋，以方便設(shè)置錨桿。

頂板每?jī)膳佩^桿中間施工兩套單體錨索，錨索規(guī)格為Ф7.8 mm×5300 mm，配合400 mm×400 mm×10 mm托盤支護(hù)；錨索間排距分別為2000 mm、1500 mm。錨索垂直頂板打孔，孔深度為5000 mm，所有錨索均采用Z2335和Z2360型樹脂藥卷錨固；要求錨索錨固力不低于200 kN。

b、非回采幫支護(hù)

支護(hù)方式與石灰?guī)r巷段非回采幫支護(hù)相同，其支護(hù)方式見圖2（c）。

c、回采幫支護(hù)

支護(hù)方式與石灰?guī)r巷段回采幫支護(hù)相同，其支護(hù)方式見2（d）

圖3 斷層區(qū)及軟巖頂板巷段的支護(hù)

表1 軌道順槽不同巷段支護(hù)參數(shù)對(duì)比

3 軌道順槽施工要點(diǎn)及支護(hù)效果

3.1 施工要點(diǎn)

依據(jù)前述的支護(hù)方案，錨桿及錨索的錨固力是錨固支護(hù)最為重要的技術(shù)參數(shù)，只有維持較高的錨固力才能有效限制圍巖的變形維持巷道結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性。因此，在巷道的開挖過程中必須維持其錨固力不小于80 kN。其施工要點(diǎn)如下：

（1）使用綜掘機(jī)開挖巷道，最后人工找平。

（2）巷道掘進(jìn)的循環(huán)進(jìn)尺與錨桿排距相同；在施工頂部錨桿的同時(shí)安設(shè)幫部錨桿，不得延后。

（3）菱形金屬網(wǎng)從頂板中部開始向兩邊攤鋪，其兩邊要越過巷道肩部，幫部的金屬網(wǎng)要延伸至巷道底角。

（4）安裝錨桿時(shí)，采用氣扳機(jī)對(duì)錨桿二次加扭，最終幫部及頂部的錨桿扭矩不應(yīng)小于300 N·m。

（5）錨桿鉆孔的中心線要保持為一條直線，鉆孔的深度要準(zhǔn)確，要求誤差不能超過20 mm。

（6）錨桿鉆孔完成后，應(yīng)采用清水反復(fù)沖洗孔壁直至孔內(nèi)流出清水。

（7）根據(jù)頂板賦存和淋水情況，盡可能施工導(dǎo)水孔，集中排水。

3.2 支護(hù)效果

巷道表面位移是礦壓顯現(xiàn)的直接標(biāo)志。154307工作面巷道從開挖至圍巖變形穩(wěn)定，兩幫最大移近量及頂板最大下沉量分別為48 mm和41 mm，變形量都比較小，巷道圍巖穩(wěn)定后斷面收縮率小，在允許范圍內(nèi)。

根據(jù)礦壓觀測(cè)結(jié)果可知：154307工作面巷道的支護(hù)設(shè)計(jì)合理，采用錨桿及錨索支護(hù)，借助較高的錨固力充分發(fā)揮出了圍巖的自穩(wěn)能力，使巷道頂板形成了較為穩(wěn)定的承載梁結(jié)構(gòu)，有效地控制了巷道圍巖的變形，并將其限制在允許范圍之內(nèi)，這為工作面的后續(xù)開采帶來了便利。

4 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)鳳凰山煤礦154307工作面巷道頂板厚度大強(qiáng)度高的特點(diǎn)，在巷道掘進(jìn)期間采用錨帶網(wǎng)索組合支護(hù)技術(shù)對(duì)圍巖進(jìn)行支護(hù)控制。礦壓監(jiān)測(cè)結(jié)果表明，錨帶網(wǎng)索組合技術(shù)借助較高的錨固力充分發(fā)揮了圍巖的自穩(wěn)能力，使巷道頂板形成了較為穩(wěn)定的承載梁結(jié)構(gòu)，有效地控制了巷道圍巖的變形，并將其限制在允許范圍之內(nèi)，這為工作面的后續(xù)開采帶來了便利。

〔1〕馬 驥，鄧 磊.基于礦壓顯現(xiàn)監(jiān)測(cè)的深部高應(yīng)力煤巷支護(hù)參數(shù)優(yōu)化[J].煤礦安全，2016，47（7）：204-207.

〔2〕王轉(zhuǎn)平.錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)方法研究[J].山東煤炭科技，2017（1）：77-78.

〔3〕楊 科，陸 偉，潘桂如，等.復(fù)雜條件大傾角大采高旋轉(zhuǎn)綜采礦壓顯現(xiàn)規(guī)律及其控制[J].采礦與安全工程學(xué)報(bào)，2015，32（2）：199-205.