沿空巷錨桿支護(hù)優(yōu)化設(shè)計(jì)及效果監(jiān)測(cè)

唐 皓

（山西潞安化工集團(tuán)，山西 襄垣 046200）

引言

大力提升煤礦生產(chǎn)能力的根本除了掌握先進(jìn)的生產(chǎn)技術(shù)，采用匹配性極高的生產(chǎn)設(shè)備外，最基礎(chǔ)的為保證其生產(chǎn)的安全性。煤礦生產(chǎn)的安全性除了對(duì)工作面瓦斯、水、火、電等方面事故進(jìn)行控制外，還需保證煤礦巷道的支護(hù)質(zhì)量和支護(hù)效果。除此之外，在保證煤礦安全生產(chǎn)的前提下還要求盡可能提高煤炭采出率，減少煤炭的浪費(fèi)。經(jīng)統(tǒng)計(jì)表明，由于工作面煤柱所造成的煤炭的損失為工作面煤炭浪費(fèi)的關(guān)鍵因素[1]。因此，加強(qiáng)對(duì)工作面沿空巷道的支護(hù)效果，盡可能減少巷道煤柱的寬度是未來(lái)煤礦巷道支護(hù)的努力方向之一。本文將對(duì)沿空巷道錨桿支護(hù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，并對(duì)優(yōu)化后支護(hù)效果進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

1 1304工作面工程概況

本文以1304工作面為例對(duì)其沿空巷道的錨桿支護(hù)進(jìn)行優(yōu)化。1304工作面位于地下535 m和660 m之間，該工作面的走向長(zhǎng)度為184 m，煤層平均厚度為7.5 m，煤層的傾角范圍為17°~21°，平均傾角范圍為19°。1304工作面采用的開(kāi)采方式為走向長(zhǎng)壁綜采放頂煤一次采全高全部垮落法，對(duì)應(yīng)的放煤步距為0.8 m，相匹配的放煤方式為一刀一放，對(duì)應(yīng)的煤層截割高度為2.7 m。本文涉及到對(duì)沿空巷道的支護(hù)，因此需精確掌握工作面煤層的頂?shù)装迩闆r，如表1所示。

表1 1304工作面的頂?shù)装迩闆r

經(jīng)探測(cè)，1304工作面瓦斯的絕對(duì)涌出量為0.68 m3/min，其對(duì)應(yīng)的相對(duì)涌出量為0.13 m3/t，屬于低瓦斯礦井。1304工作面配置有軌道順槽、皮帶順槽、切眼以及停采線。對(duì)1304工作面開(kāi)采中遇到的問(wèn)題進(jìn)行總結(jié)，可歸納為如下幾點(diǎn)：

1）鑒于1304工作面屬于孤島工作面，其兩側(cè)均為采空區(qū)，在長(zhǎng)時(shí)間開(kāi)采的影響下該工作面的邊緣位置已經(jīng)處于塑性變形階段；

2）總的來(lái)講，1304工作面煤層較軟、采高較大且截割深度較大，在實(shí)際開(kāi)采過(guò)程中應(yīng)力集中現(xiàn)象相對(duì)明顯；

3）1304工作面沿空煤柱寬度的設(shè)計(jì)缺乏相應(yīng)的理論依據(jù)[2]。

2 沿空巷道錨桿支護(hù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)

2.1 錨桿支護(hù)優(yōu)化設(shè)計(jì)原則

1304工作面由于其巷道支護(hù)存在不合理，導(dǎo)致其在實(shí)際開(kāi)采過(guò)程中巷道的變形特征可總結(jié)為如下幾點(diǎn)：

1）沿空巷道極易受到采動(dòng)影響且在多次采動(dòng)的影響下，巷道的變形嚴(yán)重且變形量較大；

2）沿空巷道的變形速度快，而且主要表現(xiàn)為越接近工作面的煤壁其受采動(dòng)的影響越劇烈，沿空巷道的變形持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)；

3）在長(zhǎng)期采動(dòng)影響下，沿空巷道的變形嚴(yán)重且破碎程度嚴(yán)重；當(dāng)巷道變形達(dá)到極限時(shí)，其對(duì)應(yīng)的煤柱存在失穩(wěn)的安全隱患，而且隨著巷道的不斷深入失穩(wěn)的現(xiàn)象越嚴(yán)重。

結(jié)合沿空巷道圍巖的變形特征，將其采用的被動(dòng)支護(hù)方案優(yōu)化改進(jìn)為采用全新錨桿、錨索聯(lián)合支護(hù)方案，并依據(jù)如下原則開(kāi)展錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)：

1）要求錨桿支護(hù)能夠在巷道開(kāi)挖后對(duì)巷道進(jìn)行及時(shí)支護(hù)，避免圍巖破碎的現(xiàn)象；

2）要求錨桿支護(hù)能夠保證沿空巷道煤柱及圍巖的完整性；

3）將沿空巷道圍巖的變形量控制在允許范圍之內(nèi)；

4）在錨桿支護(hù)的基礎(chǔ)上，可采用錨索補(bǔ)強(qiáng)或注漿加固的方式對(duì)巷道進(jìn)行強(qiáng)化支護(hù)[3]。

2.2 錨桿支護(hù)參數(shù)的設(shè)計(jì)

沿空巷道錨桿錨索的支護(hù)情況如圖1所示。

圖1 沿空到錨桿、錨索支護(hù)情況（單位：mm）

如圖1所示，沿空巷道頂板采用錨桿錨索聯(lián)合支護(hù)，具體參數(shù)闡述如下:

頂板錨桿支護(hù)所采用錨桿類型為左旋螺紋鋼高強(qiáng)錨桿，錨桿的直徑為20 mm，長(zhǎng)度為2 000 mm，為提升其支護(hù)效果，為頂板錨桿選用加長(zhǎng)樹(shù)脂對(duì)其進(jìn)行錨固；并在此基礎(chǔ)上采用鋼筋網(wǎng)對(duì)其進(jìn)行強(qiáng)化支護(hù)，所采用鋼筋網(wǎng)的長(zhǎng)度為2 200 mm，寬度為1 300 mm，保證相鄰兩塊鋼筋網(wǎng)搭接的長(zhǎng)度不得小于100 mm。此外，結(jié)合錨桿預(yù)緊力設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，通過(guò)風(fēng)動(dòng)扭矩扳手將其預(yù)緊力設(shè)計(jì)為200 N·m[4]。

頂板錨索采用直徑為17.8 mm的高強(qiáng)度低松弛鋼絞線制成，對(duì)應(yīng)錨索的長(zhǎng)度為6 300 mm，錨索間距為2 400 mm，錨索排間距為2 400 mm；根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)及巖層條件，對(duì)應(yīng)錨索的錨固長(zhǎng)度約為1 300 mm，且要求錨索的預(yù)緊力不得小于150 kN。

對(duì)于沿空巷道兩幫主要采用錨桿支護(hù)，具體支護(hù)參數(shù)闡述如下：兩幫錨桿支護(hù)所采用的錨桿類型為做旋螺紋鋼高強(qiáng)度錨桿，對(duì)應(yīng)錨桿的直徑為20 mm，錨桿長(zhǎng)度為2 000 mm，所選用的錨固劑的型號(hào)為MSZ2360；在此支護(hù)基礎(chǔ)上采用鋼筋網(wǎng)對(duì)其進(jìn)行強(qiáng)化支護(hù)，所采用鋼筋網(wǎng)的長(zhǎng)度為2 200 mm，寬度為1 300 mm，保證相鄰兩塊鋼筋網(wǎng)搭接的長(zhǎng)度不得小于100 mm。此外，結(jié)合錨桿預(yù)緊力設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，通過(guò)風(fēng)動(dòng)扭矩扳手將其預(yù)緊力設(shè)計(jì)為150 N·m[4]。

3 沿空巷道支護(hù)效果監(jiān)測(cè)

為了驗(yàn)證上述錨桿錨索聯(lián)合支護(hù)與以往被動(dòng)支護(hù)對(duì)沿空巷道的支護(hù)效果，設(shè)計(jì)相應(yīng)的礦壓監(jiān)測(cè)方案分別對(duì)沿空巷道圍巖的變形量進(jìn)行監(jiān)測(cè)。巷道表面位移觀察采用“十”字布點(diǎn)法進(jìn)行[5]。施工技術(shù)要求：

1）要保證垂直測(cè)點(diǎn)的連線與底板垂直，水平測(cè)點(diǎn)的連線與底板平行。

2）為準(zhǔn)確定位測(cè)點(diǎn)位置，需在各測(cè)點(diǎn)所在位置的煤巖體內(nèi)打一個(gè)深0.5 m，直徑為28 mm的鉆孔，然后在鉆孔中央放置一段長(zhǎng)0.5 m，直徑為20 mm的螺紋鋼，并用1卷Z2360樹(shù)脂錨固劑把鋼筋固定在鉆孔內(nèi)，鋼筋要露出頂（底）板（幫）20 mm。

3）測(cè)點(diǎn)布置后，應(yīng)注意保護(hù)觀測(cè)斷面，防止測(cè)點(diǎn)被破壞。

基于上述方案對(duì)沿空巷道圍巖在回采期間的位移量監(jiān)測(cè)結(jié)果與原支護(hù)方案下對(duì)應(yīng)的巷道變形量如表2所示。

表2 沿空巷道支護(hù)優(yōu)化效果對(duì)比

如表2所示，對(duì)沿空巷道支護(hù)方案及參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)后頂板和兩幫的變形量得到明顯改善，即說(shuō)明此次改造的有效性。

4 結(jié)語(yǔ)

加強(qiáng)對(duì)煤礦工作面的支護(hù)，提升其支護(hù)效果和支護(hù)質(zhì)量是保證高效、安全生產(chǎn)的前提。對(duì)于老礦井而言，隨著開(kāi)采的不斷深入沿空巷道的變形在原支護(hù)方案下存在極大的風(fēng)險(xiǎn)，故需根據(jù)生產(chǎn)進(jìn)度和地質(zhì)、巖層等條件的變化對(duì)支護(hù)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。