松軟圍巖溜子道巷道支護參數優化技術研究

王軍華

（邯鄲通順礦業有限公司，河北 邯鄲 056201）

0 引 言

我國煤炭開采主要以井下開采為主，因此會在地下掘出大量巷道[1]。近些年來，煤炭開采難度不斷增加，各種支護問題也隨之而來。巷道在掘進過程中，工作面所處的應力環境和圍巖條件更為復雜，但是由于支護設計之初考慮因素不全面，導致支護巷道圍巖變形量較大，難以滿足現場實用需要，因此煤巷的支護問題越來越突出[2-6]。不僅如此，巷道開挖后使圍巖應力重新分布，造成局部高應力集中，增加了巷道支護的困難，降低支護效果，甚至完全失去效果[7-8]。近些年，關于高應力、大斷面巷道圍巖變形破壞的研究，大多是通過處理復雜頂板支護難的問題來解決巷道的穩定[9-12]，強幫支護的技術也取得不錯的效果[13-14]。本文針對大社礦921102 溜子道掘進工作面錨桿、錨索著力基礎較弱、頂板穩定性差，且參數不合理的情況，對巷道支護參數進行優化。

1 概 況

大社礦2 號煤層屬穩定煤層，結構復雜，含有2 層次煤條帶及2 層夾矸，上層夾矸距煤層頂板0.3 ~ 0.5 m，厚0.05 m，下層夾矸距煤層底板1.5 m，厚0.1～0.2 m，平均煤厚5.8 m。煤層硬度為2～3，巖層硬度為3～7。老頂為中粒砂巖，直接頂為粉砂巖，直接底為粉砂巖，老底為中粒砂巖。該工作面主要為單斜構造，巖層走向NE，傾向NW。斷裂構造以NE 向正斷層為主，NW 向次之。大社礦2 號煤為煤與瓦斯突出煤層，該工作面進行區域預測并出具了區域預測報告。經峰集通防便字[2019]第43 號文批復，大社礦2 號煤層921102 工作面區域無煤與瓦斯突出危險。掘進期間預計瓦斯涌出量為0.5～1 m3/min。煤層為Ⅲ類不易自燃煤層；煤塵具有爆炸性，爆炸指數為8.43%～11.84%。周圍老巷及斷層較多，致使掘進過程中地壓對生產影響較大。

2 錨桿、錨索支護參數

921102 溜子道毛寬5 000 m，毛高3 200 mm。巷道使用多個錨桿、錨索，布置推薦方案如圖1 所示。頂板安裝5 根短錨索，每2 根間距1 100 mm；兩幫分別各安裝4 根錨桿，每2 根間距為1 000 mm，巷道幫部錨桿以及頂板短錨索排距參照間距為1 200 mm。溜子道頂板全錨索支護情況如圖1所示。

2.1 頂板短錨索

使用規格為φ17.8 mm×3 000 mm 的低松弛鋼絞線制作，搭配上150 mm×150 mm×10 mm 高強拱形托盤以及高強鎖具，并將其壓在鋼筋梯子梁上。加長樹脂錨固，鉆孔直徑≤30 mm，使用規格為K2360 的錨固劑1 支以及規格為Z2360 的錨固劑2 支。頂板配以雙抗塑料網、鋼筋網和鋼筋梯子梁用來輔助支護，采用直徑為6 mm 的鋼筋焊接而成的經緯網做鋼筋網，網格大小為100 mm×100 mm，頂板鋼筋網和雙抗網尺寸均為5 000 mm×1 100 mm（也可以是2 550 mm×1 100 mm 兩片），相鄰網搭接約100 mm，使用12 號鐵絲鈕扣聯結，聯結間距小于或等于100 mm，錨索托盤必須壓住鋼筋梯子梁并壓在2 片網搭接部分。頂板梯子梁采用直徑16 mm 的鋼筋焊接而成，其尺寸為5 000 mm（長度） ×100 mm（寬度），梯子梁上在相應位置布置錨索孔，孔間距1 100 mm，利用短錨索將梯子梁、鋼筋網和雙抗網壓緊接頂。短錨索預緊力應大于或等于200 kN。

2.2 頂板長錨索

使用直徑為22 mm、長度為7 m 的1×19 股高強度低松弛鋼絞線制，有效使用長度約6.7 m，錨索按“2121”形式布置，排距1 200 mm，緊跟掘進迎頭施工。2 根錨索間用鋼筋梯子梁聯結，鋼筋梯子梁采用直徑16 mm 的鋼筋焊接而成，其尺寸為2 800 mm（長度） ×100 mm（寬度），梯子梁上在相應位置布置錨索孔，孔間距2 200 mm，嚴格按照路線緊跟掘進施工。錨索鉆孔直徑≤30 mm，錨固使用1 卷K2360 和2 卷Z2360 樹脂錨固劑，理論錨固長度約2 289 mm，在錨索錨固端2 100 mm 所在位置添加擋圈。托盤使用300 mm×300 mm×16 mm 的高強球型托盤，錨索預緊力應≥200 kN。

2.3 兩幫錨桿

錨桿使用的是右旋螺紋鋼高強錨桿，錨桿使用鋼材屈服強度應大于或者等于335 MPa，規格為φ20 mm×2 400 mm，使用150 mm×150 mm×10 mm 高強拱形托盤以及高強螺母作為搭配，包括減摩墊圈；錨固參數：鉆孔直徑≤30 mm，加長錨固，樹脂藥卷每個孔使用2 支，錨固劑規格分別為為K2360、Z2360，每個使用1 卷；輔助支護：使用雙抗網及鋼筋梯子梁來輔助支護兩幫，鋼筋梯子梁寬80～100 mm，采用φ16 mm 的鋼筋焊接而成，托梁長度為3 200 mmm。雙抗網相鄰網搭接約100 mm，采用12 號鐵絲鈕扣聯結，聯結間距不大于100 mm，2 片網搭接部分必須使用錨桿托盤壓住。

錨桿安裝預緊力，最初使用錨桿鉆機安裝錨桿攪拌樹脂藥卷，接著用扭矩放大器或者扭矩沖擊器擰緊螺母，安裝完成錨桿預緊力矩應大于或者等于200 N·M。

3 工業性試驗

對巷道支護設計優化后，對巷道圍巖變形進行了監測，評估支護方案的合理性，有需要時調整支護設計，對巷道表面進行位移監測，包括頂底板相對移近量和兩幫相對移近量。采用十字布點法安設測站，每個測站應安設2 個監測斷面，基點應安設牢固。在距離試驗巷道開口段50 m 左右布置第一個測站，在距離試驗巷道開口段100 m 左右布置第二個測站，對巷道頂底板移近量和兩幫移近量進行觀測和分析，測站剛剛建成時，第一次測定在布置當天進行，之后每天進行1 次觀測，20 d 后降低頻率，3 d 進行1 次觀測。圖2、圖3 為巷道采用新的支護設計后的兩測站頂、底板及兩幫圍巖移近量變化。

圖1 溜子道頂板全錨索支護示意Fig.1 Roadway roof support all used anchor cable

可以看出，剛開始支護時，巷道掘進的動壓影響較大，巷道圍巖變形較大，巷道頂、底板移近量和兩幫移近量變化幅度大，變形量大。但10 d 以后，支護開始起到一定作用，頂板、兩幫移進量上升趨勢開始變緩，而且在巷道掘進中后期時，巷道圍巖應力重新分布，頂底板移進量、兩幫移進量趨于穩定，說明巷道參數優化設計取得了一定效果。測站1 頂底板移近量穩定在153.6 mm，兩幫移近量穩定在101.0 mm；測站2 頂底板移近量穩定在150.4 mm，兩幫移近量穩定在102.8 mm。圍巖變化趨于穩定，可見參數優化后的頂板全錨索支護滿足巷道掘進要求。

圖2 1 號測站巷道表面位移Fig.2 Roadway surface displacement of No.1 station

圖3 2 號測站巷道表面位移Fig.3 Roadway surface displacement of No.2 station

4 結 論

（1） 通過理論分析，對溜子道掘進工作面錨桿、錨索著力基礎較弱、巷道掘進超前支承壓力較大的問題，采用頂板全錨索支護技術，解決了大社礦溜子道工作面的掘進支護難題，提高了巷道掘進率，保證快速安全生產，提高了經濟效益。

（2） 工業性試驗結果顯示，使用聯合支護技術優化后，減輕了巷道礦壓。巷道圍巖變形量減小，且巷道圍巖變形在25 d 左右趨于穩定。該方案提出的參數優化合理可行，支護強度適中可靠，能夠保證大社礦溜子道工作面巷道的長期穩定與安全使用。