水峪煤業深部大斷面巷道10219材料巷錨桿支護研究應用

王曉宙

(汾西礦業集團水峪煤業，山西 孝義 032300)

引 言

汾西礦業集團水峪煤業十采區2#煤已經布置了10216工作面(已回采完畢)和10211工作面(正在回采)，目前計劃掘進10219工作面兩條順槽，發現十采區2#煤巷道變形速度快且蠕變現象明顯，當巷道掘進后，第二天幫部便出現大明顯變形，幫部變形最大可超過200 mm，并且變形一直持續，維修后的巷道經過一段時間又出現變形，需要進行多次的維修，特別是兩幫變形和底鼓，難以控制[1]。十采區2#巷道出現的上述問題迫切需要解決，目前即將掘進的10219材料巷除存在上述問題外，巷道的設計斷面為5 000×3 200 mm，巷道斷面大，為了保證巷道的安全，降低巷道后期維護成本，進行了本文的研究工作，以期為其他類似巷道提供技術經驗借鑒。

1 工作面概況

工作面東距候家嶺村約800 m，北到溝南村約850 m，大溝村橫穿工作面。該工作面東鄰十采區3條大巷，西鄰井田邊界，北鄰10211工作面(正在回采，但距離遠)，南部為實體煤。10219材料巷沿山西組2#煤頂板掘進，位于水峪煤業十采區+800 m水平，地面標高為969 m～1 063 m，工作面標高為326 m～365 m，煤層平均埋深超過600 m，工作面附近的優1～2鉆孔顯示煤層的底板標高達到612.81 m。

2 支護形式

通過現場調研，對原十采區10219運輸巷的支護參數進行了更改。

2.1 臨時支護

采用2個DW315-30/100B臨時支護，用單體液壓支柱戴棚板作為臨時支護[2]。支柱型號為DW315-30/100B，棚板規格1 200 mm×180 mm×80 mm(長×寬×厚)。兩根單體支柱分別布置在距工作面永久支護600 mm位置，單體支柱距幫2 000 mm，間距1 500 mm。

單體液壓支柱主要技術參數：最大高度3 150 mm，最小高度2 580 mm；質量25 kg(無液)；工作行程:570 mm；初撐力:30 kN[3]。

2.2 永久支護

10219運輸巷采用鋼帶、錨桿、錨索、菱形網聯合支護。

1) 當綜掘機割完一個循環后，臨時支護后及時打錨桿進行支護，上鋪菱形網[4]。頂板錨桿選用Φ22-M24-2 400 mm高強度左旋無縱筋螺紋鋼錨桿，錨桿間距為900 mm，排距為1 000 mm，扭矩為300 N·m。頂鋼帶規格為4 800 mm×280 mm×4.5 mm(長×寬×厚)，頂錨桿均垂直頂板，呈矩形布置。錨桿用可調心拱型高強度錨桿托盤疊加安裝，鋼帶要密貼頂板，不松動。每根頂錨桿用兩根錨固劑，一根CK2355錨固劑在上(孔底)、一根K2355錨固劑在下(10 mm≤錨桿外露距離≤40 mm)。

2) 幫錨桿選用Φ22-M24-2400mm高強度左旋無縱筋螺紋鋼錨桿，沿巷道掘進方向兩幫每排各施工3根錨桿，錨桿間距900 mm，排距1 000 mm，其中最上排錨桿距頂板500 mm。幫錨桿呈矩形布置，扭矩為300N·m。錨桿用400 mm×280 mm×4.5 mm的鋼帶、可調心拱型高強度錨桿托盤疊加安裝，鋼帶要密貼巷幫，不松動。每根錨桿用兩根錨固劑，一根CK2355錨固劑在內(孔底)，一根K2355錨固劑(10 mm≤錨桿外露距離≤40 mm)。

3) 頂錨索選用規格為Φ21.6 mm×6 300 mm鋼絞線。頂錨索沿巷道掘進方向每排施工兩根，呈“三三”布置，頂錨索。分別布置在距巷道兩幫各1 150 mm處，間距1 350 mm，排距2 000 mm，垂直頂板呈矩形布置。幫錨索選用規格為Φ21.6 mm×4 300 mm鋼絞線，沿巷道掘進方向每2 000 mm兩幫施工2根，間距800 mm，其中最上一根距頂900 mm，與水平線呈15°夾角。錨索配合拱型高強度錨索托盤使用。施工完錨索后及時用鎖具將錨索鎖好，頂錨索預緊力為200 kN，幫錨索預緊力為120 kN。每根錨索用2根錨固劑，一根CK2355錨固劑在上(孔底)、一根K2355錨固劑在下(150 mm≤錨索外露距離≤250 mm)。最大控頂距為1 500 mm，最小控頂距500 mm。

4) 如遇頂板破碎或壓力增大時需及時架設上凈口為3.8 m的29#U型鋼棚。

3 取得的成效

1) 10219運輸巷采用新支護后，根據現場圍巖十字布點的數據，將10219運輸巷(3月～4月)及10219材料巷(4月)在施工一個月后巷道變形量對照表匯總如表1～表3。

表1 10219運輸巷采用新支護方式巷道變形量

表2 10219運輸巷采用原支護方式巷道變形量

表3 10219材料巷采用原支護方式巷道變形量

2) 通過表1與表2的數據分析，發現同巷道內與上月的施工段比較，在采取新支護后，10219運輸巷兩幫移近量平均減小150 mm；底鼓量平均減小180 mm，且巷道變形速度減緩。

通過表1與表3的數據分析，發現與同期施工的材料巷比較，在采取新支護后，10219運輸巷兩幫移近量平均減小180 mm；底鼓量平均減小330 mm，且巷道變形速度減緩。

3) 原支護巷道施工過程中錨索托盤承載能力差，當錨索預應力和承受的載荷比較大時，托盤四周易翹起，承載能力降低，部分幫錨索失效。在采取新支護后，提高支護強度，大大減少圍巖變形量，減緩了巷道變形速度，避免了短時間內進行巷道二次維護工作。

4) 通過對錨桿、錨索測力計的觀測數據分析發現，原支護巷道中錨桿測力計初始值為8 kN～46.5 kN，錨索測力計初始值為34.6 kN～167 kN。采用高強度錨桿的新支護工藝后，原支護巷道中錨桿測力計初始值為37 kN～80.5 kN，錨索測力計初始值為60.3 kN～125 kN。對比發現，采用新支護后錨桿的初始預緊力平均增大32 kN，錨索的初始預緊力平均增大25 kN，說明在采用高強度錨桿及配套新支護材料后，錨桿錨索初始預緊力增加，擴大預應力的作用范圍，提高錨固體的整體剛度與完整性，對控制巷道圍巖變形取得更好的效果。

5) 10219運輸巷新、舊支護材料每米單價對照發現，采用新支護后單價為2 717.625 元/m，原支護的單價為2 527.25 元/m，材料單價增加190.375 元/m。

4 采取新支護后存在的問題

1) 更改支護后，錨桿、錨索安裝工序進行調整，包括使用新支護材料，新機具。職工處于對新型支護的適應熟悉階段，在實際操作過程中，由于操作不規范，出現錨桿與煤壁不垂直，間排距不均，錨索角度差等工程質量問題。

2) 更改支護后，現使用的錨索張拉機具為電動液壓泵式錨索張拉千斤，實際使用過程中，錨索張拉后達不到規定的預緊力值。

5 改進措施

1) 加大對職工進行新支護設計的培訓力度，并配備專職技術員進行現場指導。在安裝錨桿、錨索時，上尺上線，且必須保證接觸面煤壁平整，將鋼帶及錨索托盤密貼頂幫煤壁，錨桿安裝后，對每根錨桿進行預緊力檢測，不合格的錨桿要立即上緊，對錨桿錨固力進行抽查，失效的錨桿必須重新補打。進一步強化規范施工質量。

2) 根據設計要求，將液壓泵式錨索張拉千斤更換為氣動錨索張拉千斤，保證錨索預緊力符合規定。

3) 更改支護后，巷道的支護密度降低，每循環支護過程用時減少，在職工對新施工機具及新材料的使用熟練掌握后，預計在次月的掘進過程中，支護速度將進一步提高，在正常掘進中，每班進尺平均可達6 m。