祥升煤業(yè)上組煤5號交岔點支護技術(shù)研究

張福文

（山西壽陽潞陽祥升煤業(yè)有限公司，山西 壽陽045000）

0 引言

巷道是保證煤礦井下正常生產(chǎn)運轉(zhuǎn)的基本組成部分，擔(dān)負著井下行人、運輸、通風(fēng)、排水等任務(wù)，巷道支護效果和圍巖的穩(wěn)定性直接影響到煤礦的正常安全高效生產(chǎn)。煤礦井下巷道七縱八錯，2個及以上巷道將會出現(xiàn)平面交岔的現(xiàn)象從而出現(xiàn)交岔點。在巷道交岔點位置處，隨著巷道斷面積的增大，其圍巖礦壓特征與普通單一巷道的圍巖礦壓特征也會有所不同。因此，必須針對交岔點巷道的實際地質(zhì)條件，對其圍巖礦壓特征進行具體分析，在此基礎(chǔ)上提出針對性的具體支護方案。

1 交岔點巷道概況

1.1 礦井基本情況

祥升煤業(yè)隸屬山西潞安礦業(yè)（集團）有限責(zé)任公司，為資源兼并重組礦井，地處山西省晉中市壽陽縣宗艾鎮(zhèn)，礦井產(chǎn)能90萬t/a，南北、東西的長度分別約為6 km、1.6 km，總體面積約10.414 1 km2。礦井批采3～15下號煤層，可采煤層包括山西組的3、6號煤層以及太原組的8、9、15、15下號煤層。采用中央并列式通風(fēng)系統(tǒng)，主斜井、副立井進風(fēng)，回風(fēng)立井回風(fēng)，布置有+932、+832 m 2個開采水平。礦井水文地質(zhì)類型為中等型，瓦斯等級為高瓦斯。

1.2 交岔點基本情況

上組煤5號交岔點巷道沿6號煤層底板布置，其斷面基本見表1。

表1 上組煤5號交岔點斷面基本情況

上組煤5號交岔點位置及平面布置見圖1。

圖1 上組煤5號交岔點位置及平面布置示意圖

2 交岔點巷道礦壓特征

2.1 交岔點頂?shù)装鍘r層分布特征

通過在交岔點附近巷道鉆取巖芯，進行力學(xué)試驗，得到6號煤層及頂?shù)装鍘r石力學(xué)參數(shù)見表2。

表2 上組煤5號交岔點附近巷道圍巖巖石力學(xué)參數(shù)統(tǒng)計表

2.2 交岔點礦壓特征

上組煤5號交岔點巷道最大寬度9.552 m，最高高度6.076 m，埋藏深度107～140 m。6號煤層厚0.50～2.95 m，平均2.03 m，一般均含一層夾石。砂質(zhì)泥巖頂板層理裂隙發(fā)育，局部垂直裂隙明顯，易導(dǎo)致頂板離層、裂隙發(fā)展甚至出現(xiàn)斷裂變形等情況。幫部圍巖介于裂隙和破碎兩者的特征之間，因此幫部容易出現(xiàn)垮落等情況，進而也會影響到幫部支承頂板圍巖的承載能力，從而還會加速頂板圍巖的變形程度。綜上所述，將會出現(xiàn)從頂板圍巖變形到頂板圍巖離層、裂隙發(fā)展，再到幫部破碎、垮落影響到幫部支承頂板圍巖的承載能力，進而又會加速頂板圍巖裂隙發(fā)展程度導(dǎo)致幫部破碎、垮落加速這一不利于巷道圍巖支護的循環(huán)中，并且頂板巖層還會隨著時間推移逐步出現(xiàn)拱形破碎區(qū)域，進而還會增大巷道圍巖中承受載荷巖體的范圍。

3 交岔點巷道支護設(shè)計方案

根據(jù)上組煤5號交岔點圍巖特征和礦壓特征，結(jié)合巷道圍巖變形與支護相關(guān)理論，支護方案控制交岔點巷道的頂板和幫部圍巖變形，應(yīng)當(dāng)分別遵從圍巖彈塑性和松動性能夠處于穩(wěn)定狀況的原則。

總體支護形式：錨網(wǎng)索噴支護形式。

3.1 錨桿

采用規(guī)格?20-M22-2400 mm的高強左旋螺紋鋼筋，加長錨固方式，K2335、Z2360型號的錨固劑各1支，鉆孔直徑28 mm，錨固長度1 300 mm。間排距均為900 mm，最大斷面處每排20根錨桿。錨桿配合尺寸150 mm×150 mm×10 mm的高強度托板盤及相關(guān)鎖具，拱形高度≥36 mm。預(yù)緊力矩介于300～500 N·m之間，并且錨固力不小于130 k N。

鋼筋梯梁采用?14 mm的圓鋼焊接而成，尺寸3 800 mm×90 mm。鋼筋網(wǎng)采用?6 mm的鋼筋制作而成，網(wǎng)片尺寸4 000 mm×1 000 mm，網(wǎng)孔尺寸100 mm×100 mm。

3.2 錨索

采用規(guī)格為M S-?17.8-1-8300 mm的低松弛預(yù)應(yīng)力鋼絞線，加長錨固方式，K2335型號的錨固劑1支、Z2360型號的錨固劑2支，鉆孔直徑28 mm，錨固長度1 750 mm。中間的錨索應(yīng)布置于巷道頂板正中處，排距1 800 mm，間距2 000 mm。巷寬＜8 m時，每排5根錨索；巷寬≥8 m時，每排7根錨索。錨索配合尺寸300 mm×300 mm×16 mm的高強度托板及相關(guān)鎖具，托板用鋼標(biāo)號≥Q235，拱形高度≥60 mm。預(yù)緊力范圍200～250 k N，損失后的預(yù)緊力要大于150 k N，并且錨固力不小于300 k N。

3.3 噴射混凝土參數(shù)

噴射用混凝土標(biāo)號為C20，采用2次噴射成型的施工方式，第1次、第2次噴射混凝土的厚度分別不小于50、100 mm，總厚度≥150 mm，并且要求噴射混凝土厚度均勻。

3.4 其他支護要求

由于上組煤5號交岔點為斷面變化巷道，在交岔點現(xiàn)場施工當(dāng)中必須確保支護材料的密度，以現(xiàn)場實際情況為準(zhǔn)及時修改支護參數(shù)。此外，對上組煤5號交岔點前后5 m范圍內(nèi)的巷道進行補強支護，將巷道原支護參數(shù)中錨桿排距修改為900 mm，并噴射混凝土封閉護巷，總厚度≥150 mm，要求噴射混凝土厚度均勻。5號交岔點支護示意圖如圖2所示。

圖2 上組煤5號交岔點支護示意圖

4 交岔點巷道礦壓監(jiān)測

將頂板離層儀布置于上組煤5號交岔點頂板中心位置處，對交岔點的支護效果進行連續(xù)觀測，其監(jiān)測結(jié)果統(tǒng)計如圖3所示。

圖3 上組煤5號交岔點頂板離層監(jiān)測結(jié)果

通過圖3可以得出，上組煤5號交岔點頂板離層量會在第0～20 d出現(xiàn)緩慢增長的現(xiàn)象，其增長趨勢較為平緩，說明錨桿、錨索的預(yù)緊力在支護初期就能夠有效控制巷道頂板的變形，具有顯著的支護能力。當(dāng)交岔點支護20 d之后，交岔點頂板圍巖活動趨于平穩(wěn)，總體上的頂板離層量約25 mm，說明交岔點頂板錨固區(qū)內(nèi)圍巖控制效果良好。

5 結(jié)語

采用實驗室試驗的方法對祥升煤業(yè)上組煤5號交岔點附近巷道頂?shù)装迦訋r芯進行巖石力學(xué)測試，在此基礎(chǔ)上對交岔點的圍巖特征和礦壓特征進行分析，結(jié)合巷道圍巖變形與支護相關(guān)理論，確定出交岔點的錨桿+金屬網(wǎng)+錨索+噴漿聯(lián)合支護具體方案。通過礦壓觀測結(jié)果表明，交岔點支護方案整體效果良好，所設(shè)計的支護參數(shù)科學(xué)合理，可以推廣到礦井其他類似條件下的交岔點支護設(shè)計當(dāng)中。