膠帶巷圍巖控制改進技術研究

張茂生

（山西煤炭運銷集團南河煤業(yè)有限公司，山西 晉城 048400）

1 工程概況

山西煤炭運銷集團南河煤業(yè)有限公司開拓方式為主斜副立開拓，井筒數(shù)量3個，開采水平為+775m，現(xiàn)采煤層為15#，采煤工藝為綜采，瓦斯等級為瓦斯礦井，水文地質(zhì)類型為中等，煤層有Ⅱ級自燃傾向性。

礦井現(xiàn)開采15#煤層。井田范圍由9個坐標點依次連線圈定，面積5.992km2，生產(chǎn)能力為60萬t/年，開采深度920～710m標高。

15#煤層位于太原組一段頂部K2灰?guī)r之下，煤層厚2.10～4.20 m，平均厚3.85 m，含0～2層夾矸，夾矸厚0.05～0.45 m，結構簡單。

15#煤層直接頂厚度為4.13～12.24 m，平均值為8.42 m。巖性為石灰?guī)r，硬度大，抗壓強度高，頂板屬于堅硬巖層。

15#煤層底板巖性為鋁土泥巖，直接底厚度為3.11～7.86 m，平均厚度為5.96 m。根據(jù)山西省114勘察院勘探時采樣做的底板物理力學性質(zhì)成果表明：15#煤層底板巖性抗拉值為0.4～1.5 MPa，平均值為0.9 MPa。15#煤層底板巖性抗壓值為2.0～35.2MPa，平均值25.6 MPa。其中內(nèi)摩擦角值為 31°27′～37°29′，平均值為 34°29′，屬于典型的軟弱破碎巖層。

南河煤業(yè)開采15#煤層時，由于巷道圍巖巖性軟弱，巖性為泥巖，遇水容易膨脹，吸水性強。導致開采15#煤層容易發(fā)生底鼓現(xiàn)象，頂板支護也比較困難。

2 礦井開拓方式和巷道支護效果差原因分析

礦井為主斜副立混合開拓方式，主斜井、副立井及回風立井位于工業(yè)場地內(nèi)，主斜井一側鋪設膠帶輸送機，擔負礦井的煤炭提升任務，另一側鋪設單軌，擔負礦井大件設備及長材料運輸任務，設臺階、扶手，作為礦井一個安全出口，兼作進風井。井筒凈寬5.0m，斜長478m，坡度23°，表土段采用混凝土砌碹支護，基巖段采用錨網(wǎng)噴支護。

副立井擔負礦井的輔助提升任務，裝備雙罐籠，兼作進風井。井筒凈直徑4m，垂深200m，表土段采用混凝土砌碹支護，基巖段采用錨網(wǎng)噴支護。

回風立井裝備梯子間，擔負礦井的回風任務并作為礦井的一個安全出口。回風立井井筒凈直徑4m ，垂深205.4m，表土段采用混凝土砌碹支護，基巖段采用錨網(wǎng)噴支護。

礦井有3個安全出口：即主斜井、副立井和回風立井，各井筒井口間距離均大于30 m。

根據(jù)現(xiàn)有開拓現(xiàn)狀，以一個水平開采15#煤層，水平標高為+775m。根據(jù)井田開拓布置，15#煤層劃分為2個采區(qū)?；夭晒ぷ髅婊夭刹捎瞄L壁后退式開采。

針對南河煤業(yè)15#煤層圍巖具體的地質(zhì)情況進行了分析，與現(xiàn)場工作人員溝通闡述礦井開拓方式并對巷道支護效果差原因分析：

（1）錨桿安裝機具不到位，容易將錨固劑的化學結構破壞，影響錨固效果。

（2）井田總體呈走向近北東的向斜褶曲構造，地層傾角0～25°左右，井田內(nèi)發(fā)現(xiàn)6條斷層，4個陷落柱構造，各陷落柱陷壁角一般約80°，在陷落柱附件采掘作業(yè)必須先做好物探準備措施。南河煤業(yè)地溫正常，無沖擊地壓現(xiàn)象。

（3）錨索的預緊力值偏小，錨索抗拉強度大，主動支護能力強的效果遠遠沒有發(fā)揮出來。

（4）工人沒按要求施工，錨桿錨索安裝后，沒有對錨索進行二次緊固，導致錨索預緊力下降。

（5）巷道金屬網(wǎng)搭接方式有待改進，尺寸不合理影響巷道支護效果。

（6）錨桿、錨索安裝后沒有用減摩墊圈，增大了設備之間的摩擦力，力的轉換效率降低，應該加上減摩墊圈。

（7）錨桿、錨索不匹配，錨固性能差，樹脂藥卷凝固時間長。這是支護效果不理想最主要的原因。

3 地質(zhì)構造段膠帶巷錨桿、錨索支護及噴漿參數(shù)

針對巷道支護效果差的現(xiàn)象，對地質(zhì)構造做了充分的物探，改進錨桿安裝設備的型號，提高工人素質(zhì)，對錨桿錨索作業(yè)進行嚴格要求，最重要的是選擇了合適的相互匹配的錨桿錨索，進行了合理的錨網(wǎng)索支護，支護平面和剖面布置建議方案如圖1和圖2所示。

頂板為5根錨桿，間距1000 mm；兩幫各4根錨桿，間距為1000 mm；錨桿排距為1200 mm。其具體支護參數(shù)為：

3.1 頂板和兩幫支護

（1）頂部支護

選用Φ20×2000mm左旋螺紋鋼高強度錨桿，匹配150×150×10 mm高強拱形托盤與高強螺母。加長樹脂錨固，鉆孔直徑≤30 mm，使用2支K2360型錨固劑，錨桿預緊力矩不低于250 N?m。使用Φ12 mm螺紋鋼制作的4400×70mm頂鋼帶，使用12#菱形鐵絲網(wǎng)，網(wǎng)格大小為50×50mm，網(wǎng)尺寸為5100×1300mm，幫網(wǎng)相鄰網(wǎng)搭接約100mm，鐵絲鈕扣聯(lián)結，鋼帶必須壓住兩片網(wǎng)搭接部分。

（2）幫部支護

選用Φ20×1800mm左旋螺紋鋼高強度錨桿，匹配150×150×10mm高強拱形托盤與高強螺母。加長樹脂錨固，鉆孔直徑≤30 mm，使用1支K2360型錨固劑，錨桿預緊力矩不低于150 N?m。使用Φ12 mm螺紋鋼制作的3200×70mm頂鋼帶，使用12#菱形鐵絲網(wǎng)，網(wǎng)格大小為50×50mm，網(wǎng)尺寸為3300×1300mm，幫網(wǎng)相鄰網(wǎng)搭接約100mm，鐵絲鈕扣聯(lián)結，鋼帶必須壓住兩片網(wǎng)搭接部分。

3.2 頂板錨索

使用Φ17.8mm，長為6200mm，有效長度6000mm左右的1×7股高強度且低松弛鋼絞線制錨索，隔一排兩根，間排距1800×2400mm，并且緊跟掘進迎頭來施工。錨索鉆孔直徑≤30mm，錨索用3卷樹脂錨固劑，錨固型號為3支K2360，理論錨固長度約1400mm左右。

錨索托盤：采用300×300mm×16mm的方形鋼板，錨索預緊力應≥120 kN。

3.3 表面噴漿

設計方案中噴射混凝土強度是C20，噴射混凝土配比為:水泥:砂子:石子=1:2:2，剛開始噴時可適度減少石子摻量，水灰比為0.4～0.5。原材料按照重量計，稱量的允許偏差值：水泥和速凝劑均為±2%，砂子和石子均為±3%。設計方案中噴漿厚度為100 mm，剛開始噴射混凝土厚度是50～60 mm，且要及時進行復噴，進行復噴時間間隔不能超過2個小時，否則應該使用高壓水重新沖洗受噴面。

圖1 遇地質(zhì)構造段膠帶巷錨桿、錨索布置平面圖

圖2 遇地質(zhì)構造段膠帶巷頂部錨桿、錨索布置剖面圖

4 支護效果監(jiān)測分析

通過對各個測站的巷道表面變形量進行監(jiān)測，匯總各個測站的觀測數(shù)據(jù)，如圖3是巷道斷面的變形量，圖4是巷道表面的變形速度。

在礦壓觀測的前10 d范圍內(nèi)巷道變形增加的速度比較快，隨著觀測時間的增加，巷道表面的變形速度逐漸減?。辉诘V壓觀測的10～20 d范圍內(nèi)，巷道變形趨于穩(wěn)定，但是在礦壓觀測的21～38 d范圍內(nèi)巷道受地質(zhì)條件的影響又開始出現(xiàn)不穩(wěn)定的情況，由于巷道圍巖的巖性不同以及巷道圍巖各個位置的受力不均勻，導致巷道各個部分的變形破壞情況不相同，嚴重的地方會出現(xiàn)巷道片幫、脫皮的現(xiàn)象。最后結果在監(jiān)測的第39 d開始逐步趨于穩(wěn)定，最終巷道兩幫移近量約為150 mm，頂?shù)装逡平考s為250 mm，說明此支護方式能夠有效控制圍巖變形，保證礦井安全生產(chǎn)。

圖3 巷道斷面的變形量

圖4 巷道表面的變形速度

5 結論

南河煤業(yè)15#煤層現(xiàn)開采開拓過程中，巷道支護效果很差，最主要的原因是錨桿錨索不匹配，錨固性差。通過改進錨固設備，頂錨桿選用Φ20×2000mm左旋螺紋鋼高強度錨桿，幫錨桿選用Φ20×1800mm左旋螺紋鋼高強度錨桿，使用Φ17.8mm，長為6200mm，有效長度6000mm左右的1×7股高強度且低松弛鋼絞線制錨索，對巷道進行了支護設計并現(xiàn)場驗證，最終巷道兩幫移近量約為150mm，頂?shù)装逡平考s為250mm，說明圍巖控制改進技術取得了明顯的進步，保證了礦井的安全生產(chǎn)。