煤巷快速掘進錨網索聯合支護技術應用

梁向軍

(西山煤電集團馬蘭礦掘進四隊，山西 太原 030200)

1 工程地質

某礦批準開采12煤，呈黑色、條痕褐黑色，暗淡或瀝青光澤，沿層面絲炭富集部位呈絲絹光澤，參差及階梯狀斷口，煤層的粘結性和結焦性均較差，煤的容重1.3 t/m3，煤硬度f=3～4，是良好的動力用煤、氣化用煤[1]。工作面所采煤為不黏煤，水分平均為7.75%；灰分平均為9.83%；硫分平均為0.30%；揮發分為30.20%～36.54%，平均33.03%；為低灰、特低硫、中高發熱量煤種[2]。

礦井南翼七采區工作面回風巷為綜采工作面。直接頂厚度為0.52 m～2.05 m，主要為灰色，水平層理發育的，并且局部底部夾砂質的泥巖及泥巖的粉砂巖。老頂平均厚度為7.16 m，主要為灰白色，以石英及長石為主要成分的粗粒砂巖[3]。直接底平均厚度為3.64 m，主要為灰色，具斜層理，含碳屑及植物化石碎片的粉砂巖。偽頂為灰黑色，塊狀，滑面發育的泥巖。如表1所示，為工作面回風巷頂、底板特征表。

表1 工作面回風巷頂、底板特征表

2 煤巷快速掘進影響因素

由于該礦南翼七采區工作面回風巷使用綜掘機掘進，速度明顯提高，但根據現場工作人員反映，該礦原支護方式滿足不了目前的掘進速度。必須要設計更適合的支護方案，分析可知，煤巷快速掘進影響因素有以下四點。

1) 南翼七采區工作面回風巷快速掘進破壞了周圍圍巖應力重新分布，加劇巷道圍巖破壞。

2) 該礦原有支護方式布置不合理，錨桿間排距太大，托盤參數和錨桿、錨索不匹配。錨索預緊力大于錨桿的預緊力，但錨索進行張拉時，沒有對錨桿進行二次緊固，從而影響了支護效果。

3) 地質條件因素影響。南翼七采區工作面回風巷掘進時煤層夾矸，頂底板巖性軟弱，導致掘進過程中巷道底臌比較大。

4) 現在施工工序不完善，沒有嚴格按照作業工程作業。導致掘進效率低。

3 錨網索支護技術設計

南翼七采區工作面回風巷為矩形斷面，寬4 700 mm，高3 600 mm。工作面回風巷支護斷面圖，如第177頁圖1所示。其具體支護參數為。

1) 頂板錨桿

工作面回風巷錨桿間距850 mm，排距1 000 mm，巷道頂板每排打6根錨桿。

錨桿型號采用左旋螺紋鋼高強錨桿，規格為Ф20 mm×2 400 mm，配150 mm×150 mm×10 mm高強拱形托盤和高強螺母，為配套產品。錨固參數：加長樹脂錨固，鉆孔直徑≤28 mm，樹脂錨固劑規格為K2335和Z2360各一卷；錨桿角度：兩頂角處錨桿分別向外傾斜10°～15°，其他錨桿均垂直頂板布置[4]。輔助支護：頂板配以鋼筋梯子梁和金屬網作為輔助支護，梯子梁采用Ф14 mm的鋼筋自行制作，長度為4 700 mm，兩端封閉；金屬網采用10#鉛絲編制的經緯網或者菱形網，頂板金屬網規格為4 700 mm×1 200 mm，網孔規格為50 mm×50 mm，相鄰網搭接約200 mm，采用14#鐵絲鈕扣聯結，孔孔相連，每扣鐵絲至少擰3圈以上；錨桿錨固力：錨桿設計錨固力大于100 kN。

2) 兩幫錨桿

兩幫各4根錨桿，錨桿間距為1 000 mm，排距1 000 mm。使用規格為Ф20 mm×2 000 mm，配150 mm×150 mm×10 mm高強拱形托盤和高強螺母，左旋螺紋鋼高強錨桿。含調心球墊和減摩墊圈，為配套產品；錨桿角度：頂角和底角處錨桿分別向頂、底傾斜10°～15°，其他錨桿均垂直兩幫布置。錨固參數：鉆孔直徑≤28 mm，加長錨固，每孔兩支樹脂藥卷，錨固劑規格為K2335和Z2360各一卷；輔助支護：兩幫配以金屬網作為輔助支護，金屬網采用10#鉛絲編制的經緯網或者菱形網，兩幫金屬網規格為3 600 mm×1 200 mm，網孔規格為50 mm×50 mm，相鄰網搭接約200 mm，采用14#鐵絲鈕扣聯結，孔孔相連，每扣鐵絲至少擰3圈以上[5]。錨桿錨固力：錨桿設計錨固力大于100 kN；錨桿預緊力：錨桿預緊力矩不小于300 N·m，且不能大于500 N·m。

3) 頂板錨索

錨索規格：采用Ф17.8 mm，長5 300 mm的1×7股高強度低松弛鋼絞線制錨索，其中錨索有效長度5 000 mm左右；錨索布置：錨索間距1 700 mm，一排2根，排距3 000 mm，緊跟掘進迎頭施工。錨固參數：錨索采用3卷樹脂錨固劑錨固，1支K2335，2支Z2360，理論錨固長度約為1 400 mm，在錨索錨固端1 400 mm處施加擋圈。錨索托盤：采用300 mm×300 mm×12 mm的高強球型托盤，并配有調心球墊；錨索錨固力：設計錨固力大于300 kN。錨索預緊力：錨索預緊力應≥200 kN。

4 圍巖支護效果分析

4.1 測點和測站的布置

為了監測南翼七采區工作面回風巷采用煤巷快速掘進，用錨網索聯合支護后圍巖變形情況，在回風巷掘進150 m處布置了測站，監測巷道頂板下沉量和底臌量。

圖1 工作面回風巷支護斷面圖

4.2 監測結果

工作面回風巷圍巖變形曲線，如圖2所示。巷道在掘進過程中圍巖變形量逐漸增大，在掘進至工作面距離為250 m處巷道頂板下沉量穩定在230 mm左右，底臌量穩定在80 mm左右，工作面回風巷圍巖頂板和底臌變形總變形量穩定在310 mm左右。表明錨網索支護方式能夠滿足工作面回風巷煤巷快速掘進，巷道圍巖變形得到有效控制達到了預期的效果。

圖2 工作面回風巷圍巖變形曲線