義馬礦區(qū)沖擊區(qū)域高應(yīng)力巷道主動支護技術(shù)研究

楊碩

【摘要】常村煤礦21170回采工作面巷道變形嚴重，返修工作量大，已經(jīng)嚴重影響到工作面安全高效生產(chǎn)，本擴掘方案及參數(shù)設(shè)計是基于常村礦21170下巷圍巖變形情況、煤層賦存特征說明及現(xiàn)場調(diào)研，通過相應(yīng)的理論計算和分析經(jīng)多次討論而定。

【關(guān)鍵詞】沖擊區(qū)域 高應(yīng)力 主動支護

1、礦井和工作面簡介

常村礦屬于單一采區(qū)集中生產(chǎn)，2-3煤厚度3.2～11.9m，平均為6.0m，煤層厚度變化較大，煤層傾角為8°～13°，一般為11.5°，煤層上半部以半亮型塊狀硬質(zhì)煤為主，煤質(zhì)較好，下半部以半暗型煤為主，夾矸多，煤質(zhì)差，煤層中夾矸增多，煤層結(jié)構(gòu)復(fù)雜，全煤含矸3-8層，單層厚0.05-0.18m。2-3煤層直接頂和老頂主要為泥巖，泥巖厚度大，易風(fēng)化破碎，直接底為煤矸互疊層或炭質(zhì)泥巖，遇水易膨脹，老底泥巖砂巖互層。受上覆巖層中巨厚礫巖層的存在和受F16斷層的影響，地應(yīng)力、采動應(yīng)力以及構(gòu)造應(yīng)力的疊加造成局部應(yīng)力高度集中，煤體中聚集的高彈性能在釋放過程中會發(fā)生煤炮或沖擊破壞，對礦井安全生產(chǎn)和作業(yè)人員的安全造成一定的威脅。

結(jié)合現(xiàn)場調(diào)研可知，21170工作面服務(wù)期間受相鄰工作面回采動壓影響，21170下巷外段布置在21延深煤柱工作面采空區(qū)下。下巷自21170運煤聯(lián)絡(luò)巷開口掘進，與21150下巷留8m凈煤柱布置，加下巷道圍巖主要為泥巖，泥巖易風(fēng)化破碎，造成巷道變形速度快，擴修初期圍巖破碎區(qū)發(fā)展迅速，加上長期蠕變，整體變形量大，該巷道掘進后需擴修，擴修時巷道變形嚴重區(qū)域整個斷面幾乎閉合，巷道變形主以兩幫移近和底鼓為主。

二、巷道原支護及破壞情況

1、巷道原支護設(shè)計

1）巷道頂、幫全斷面鋪設(shè)金屬網(wǎng)，打Ф22×2400mm左旋無縱筋高強度鋼筋錨桿，每根錨桿配一塊拱形高強度托板（250×250×12mm），一個高強托板調(diào)心球墊和尼龍墊圈，并采用24高強錨44"桿螺母上緊。

2）錨網(wǎng)后頂幫打錨索，頂打3根Ф22×6300mm錨索，頂部中心布置一根，兩根錨索以巷道中心為準向兩側(cè)均勻布置;巷道兩幫打兩根Ф22×4300mm錨索。每兩排錨索中間各打兩根Ф22×4300mm錨索。

3）錨網(wǎng)后架棚，棚距1200mm，支架后預(yù)留300mm空間，兩幫讓壓300mm。支架梁腿搭接600mm，搭接處采用兩套專用特殊卡纜及一套普通卡纜固定，距支架梁中心600m及支架腿底以上1500mm處各用一套金屬卡纜固定，并用1020mm長金屬拉板聯(lián)接。

4）支架后順基道中心打一道連續(xù)液壓抬棚加強支護。根據(jù)現(xiàn)場情況，液壓抬棚可滯后45m打設(shè)。

2、巷道破壞現(xiàn)狀

巷道由于受到上覆巖層動靜荷載作用，巷道頂板開裂且下沉量大，底鼓嚴重，兩幫變形量大，兩幫圍巖嚴重變形，如圖2-4所示。巷道頂部整體結(jié)構(gòu)性強度降低，直接影響了巷道頂部的主動支護效果。只是一味強調(diào)對巷道局部進行加固，沒有考慮巷道結(jié)構(gòu)承載協(xié)調(diào)問題，更沒有考慮支護構(gòu)件的整體剛度問題。錨桿支護作用原理理解不夠，只是一味追求高預(yù)緊力，而未考慮支護構(gòu)件耦合問題，忽略了錨桿托盤、鋼帶、大剛度網(wǎng)片等附件的整體支護效果，護表面積不夠，支護的高預(yù)緊力沒有實現(xiàn)也未能充分得到大面積擴散;未考慮錨桿聯(lián)合支護問題，當(dāng)圍巖深部破壞后，引起錨桿錨固點破壞，導(dǎo)致錨固力急劇下降，最終錨桿失效。巷道施工質(zhì)量無法保證，無法確保錨網(wǎng)支護的主動支護效果。

3、21170下巷設(shè)計具體支護參數(shù)

21170下巷擴掘斷面：巷道毛斷面：寬×高=5.8m×3.5m，矩形斷面（頂板煤巖體破碎時擴掘為微拱矩形斷面，頂中弧度垂高為200mm～250mm）。

1）擴掘至設(shè)計斷面：巷道由于受到上覆巖層動靜荷載作用，巷道頂板開裂且下沉量大，底鼓嚴重，兩幫變形量大，兩幫圍巖嚴重變形。在施工過程中，首先將巷道擴掘至設(shè)計端面，毛斷面：寬×高=5.8m×3.5m，如圖4-1所示，先擴掘頂部煤巖，以擴至頂板較為堅硬穩(wěn)定層理的煤巖體，頂板按設(shè)計寬度擴一半及時支護一半，再擴掘另一半及時支護另一半。現(xiàn)場試驗巷道，每次擴修循環(huán)進度0.8m。

2）錨桿錨索基本支護：

（1）錨桿基礎(chǔ)支護：頂板用7根高強錨桿加兩節(jié)3.1m長四孔M4鋼帶、鋼笆網(wǎng)聯(lián)合支護，錨桿規(guī)格為Ф22×2500mm左旋螺紋鋼高強錨桿，與M4鋼帶配套的M型托盤，錨桿間距900mm，排距800mm。每根錨桿采用K2550樹脂藥卷和Z2550樹脂藥卷各一支（或使用2支Z2550樹脂藥卷）。錨桿預(yù)緊力矩不小于250N·m，錨固力不小于150kN。

錨索梁支護：頂板沿巷道走向布置3根帶讓壓管讓壓錨索（恒阻錨索），鋼絞線規(guī)格為Ф18.9×5300mm，槽鋼梁（內(nèi)加平鋼墊板）長為3.5m，三孔，孔間距1.5m，孔外端長度0.25m。錨索間距1.5m。每根錨索配2支Z2550樹脂藥卷型和2支K2550型錨固劑，錨索預(yù)緊力不低于120kN，錨固力不低于200kN。錨索梁排距1.6m，即：兩排錨桿施工一組錨索梁。

單體大托盤長錨索支護：頂板沿巷道的走向方向布置Ф18.9×8000mm帶讓壓管讓壓錨索（恒阻錨索）。托盤尺寸為400×400×16mm。每根錨索配3支Z2550樹脂藥卷和2支K2550型錨固劑，錨索預(yù)緊力不低于120kN，錨固力不低于250kN。兩根單體錨索間距2.5m，排距1.6m，即：兩排錨桿施工兩根單體打托盤長錨索。

（2）幫部錨桿基礎(chǔ)支護：巷道兩幫均采用5根高強樹脂錨桿加3.5m長M4鋼帶、鋼笆網(wǎng)聯(lián)合支護，錨桿規(guī)格為Ф22×2500mm左旋螺紋鋼高強錨桿，錨桿間距850mm，排距800mm。每根錨桿采用K2550樹脂藥卷和Z2550樹脂藥卷各一支。錨桿預(yù)緊力矩不小于250N·m，錨固力不小于200kN。

幫部走向錨索梁支護：施工一段距離后（10～20m），在兩幫中上及下部靠近底板位置施工兩排幫部走向錨索梁，錨索鋼絞線規(guī)格為Ф18.9×5300mm，槽鋼梁（內(nèi)加平鋼墊板）為3.2m長，兩孔，孔間距1.6m，孔外端長度0.8m。

3）嚴禁巷道超寬、超高擴掘，確因不可抗拒原因造成巷道超寬、超高時，在多出區(qū)域鋪網(wǎng)增打一根單體錨桿，并沿巷道走向鋪設(shè)鋼帶。

4）液壓走向抬棚支護：錨網(wǎng)支護后，緊跟擴修施工點順巷道中心打一道液壓走向抬棚加強支護。具體距離根據(jù)現(xiàn)場情況而定，以不影響迎頭擴修施工為宜。