錨網支護技術在整合煤礦刷大擴巷中的應用實踐

李建兵孫文生

（1.沁和能源集團有限公司，山西省晉城市，048007；2.山西晉煤集團澤州天安高都煤業有限公司，山西省晉城市，048004）

錨網支護技術在整合煤礦刷大擴巷中的應用實踐

李建兵1孫文生2

（1.沁和能源集團有限公司，山西省晉城市，048007；2.山西晉煤集團澤州天安高都煤業有限公司，山西省晉城市，048004）

以山西晉煤集團整合礦高都煤礦為工程背景，為使礦井盡快運營投產并降低基建投資，在原有木棚支護的舊巷基礎上刷大巷道的斷面，并采用錨網支護，取得較好支護效果。

整合煤礦 刷大擴巷 錨網支護

許多資源整合建設礦井在改造前是小煤窯作坊式開采，各種配套設施均不能滿足整改后高產高效集約化生產要求。煤礦重組后出于多方面因素考慮，包括通風、人員設備運輸、生產成本等，需要對部分盤區或工作面巷道進行擴巷改造。此類巷道一般采用架設木棚被動支護，技術相對落后，擴巷過程中容易產生頂板冒落或大面積冒頂事故。目前，錨桿支護已成為煤礦巷道首選主要支護方式，因此，為使兼并重組礦井達到整合后的生產能力，同時提高掘巷速度和降低生產成本，認為刷大巷道進行錨網支護替代架棚是一項切實可行的關鍵措施。

1　工程背景

以山西晉煤集團高都礦為例，根據山西省煤礦企業兼并重組整合工作文件，高都礦由A、B和C 3座煤礦兼并重組整合而成，如圖1所示。3座煤礦對3#煤層的開采已完畢，并進行了閉坑，9#煤層零星可采，不具備規模開采條件，目前都在開采15#煤層。兼并重組整合后的高都煤礦采用斜立井混合開拓方式，高檔普采采煤工藝，充分利用已有工程，即以A煤礦已有的井筒和工業場地為基礎，刷大A、B、C三礦原有巷道作為盤區巷道。

2　工作面概況

2.1生產地質條件

整合各礦主采15#煤層，該煤層厚1.94～3.15 m，平均厚2.46 m，煤層結構簡單-復雜，含0～4層矸石，矸石多分布于中部，矸石厚0.01～0.41 m。煤層直接頂板為灰巖，厚度約9.14 m，深灰色，致密堅硬，全區穩定，單向抗壓強度53.6～212.9 MPa，平均101.6 MPa；單向抗拉強度2.2～6.1 MPa，平均為4.0 MPa，抗剪強度5.7～16.0 MPa，平均13.2 MPa，屬堅硬型頂板。灰巖下局部有薄層炭質泥巖，厚0～0.30 m，一般厚0.20 m；底板為泥巖，厚約1.10 m。

圖1　高都煤礦整改前后礦界圖

井田地質構造主要以褶曲為主，未發現斷層、陷落柱構造，總體屬簡單類型，褶曲主要有4條，褶曲寬緩，其產生的水平應力對巷道施工影響較小。

2.2原工作面巷道概況

整合前，盤區巷道各屬A、B、C 3座小煤窯，盤區巷道采用梯形斷面，斷面高2600 mm，上寬2600 mm，下寬3000 mm，采用木點柱進行支護，即在巷道正中打設一排木點柱，對于圍巖破碎區域采用木垛或架棚進行補強支護。整合后，A、B、C 3座小煤窯進行整合改名為高都煤礦，而原來各礦盤區大巷由于斷面較小，幫部變形大，無法滿足高都煤礦生產、運輸及通風的要求。高都煤礦為了提高生產能力，對原來各屬3座煤礦的生產系統進行了改造，根據運輸和通風的要求，新設計斷面為矩形，寬度不小于5000 mm，高度不低于2600 mm，對各屬3個小煤窯的盤區大巷進行擴幫處理，并重新進行支護。

2.3巷道設計改造方案

根據原盤區巷道地質條件可知，3個小煤窯的盤區巷道均沿15#煤層頂板掘進，15#煤層頂板為石灰巖，強度高、完整性好，適合采用錨網索支護技術。根據現場地質條件和工程類比方法，初步制定了兩個原盤區巷道改造方案。

第一方案盤區巷道擴幫后，及時采用全錨桿支護，撤出木點柱，幫錨桿間距1600 mm，排距1500 mm，頂錨桿間排距均為1500 mm。

第二方案盤區巷道擴幫后，及時采用錨桿和錨索聯合支護，撤出木點柱，幫錨桿和頂錨桿間排距與第一方案相同，但頂板正中間增加打設1根錨索，錨索排距6000 mm。

為了對比兩種改造方案的優劣，采用數值模擬的方法對兩種方案進行分析。

3　數值計算

利用數值計算軟件FLAC對巷道刷大之后的兩種支護參數進行模擬，按照高都煤礦實際工程地質狀況建立模型，模型共劃分139200個單元，147559個節點。三維模型的邊界條件為四周采用鉸支，底部采用固支，上部為自由邊界。支護材料參數從礦方常用的材料中選取。

對巷道表面頂板、底板、左幫和右幫中部點的位移進行了監測，監測結果見圖2。

圖2　巷道圍巖變形量曲線

從監測結果可以看出，不同支護方式下巷道兩幫的變形隨工作面的推進及時間的變化趨勢相同。巷道頂板和底板的變形隨工作面的推進和時間變化有所區別，巷道底板由于沒有錨桿或錨索等支護結構，其在開始階段變形很快，隨后逐漸趨于穩定，而巷道頂板由于施工了錨桿錨索等支護結構，其在初期的變形受到了很大的抑制作用，因此其隨著掘進工作面的推進和時間的增加變形較為緩慢并逐漸趨于穩定。另外，從頂板下沉曲線數值來看，第二種支護方案巷道頂板下沉量較第一種支護方案巷道頂板下沉量明顯減小。

4　支護方案

根據數值計算結果進行多方案比較后，確定高都煤礦盤區運輸大巷采用第二種支護方案進行施工，原各屬于小煤窯的盤區大巷斷面小，支護質量差，不能保證高都礦生產運輸的要求，改造后的盤區運輸大巷斷面尺寸為5000 mm×2600 mm，主要為整個開采水平的通風和煤炭運輸提供服務。

（1）頂板支護。頂板采用屈服強度為400 MPa的左旋無縱筋螺紋鋼筋錨桿，錨桿規格?20 mm× 2400 mm，錨固采用MSZ2360和MSK2335的樹脂錨固劑各1支，錨桿間排距1.5 m×1.5 m，預緊扭矩300 Nm，錨桿配合拱型高強度托板使用，托板尺寸為150 mm×150 mm×10 mm，鋼材型號Q235，托板拱高不低于36 mm，每排錨桿之間采用兩根?14 mm的鋼筋梯梁進行聯接；經緯網由10#鐵絲編制而成，網孔規格為50 mm×50 mm，規格為5.2 m×1.6 m。另外，還采用規格?15.24 mm×5300 mm錨索，配合高強度鎖具和拱形可調心托板，托板尺寸為300 mm×300 mm ×16 mm，承載能力與錨索性能相匹配，采用2支MSZ2360、1支MSK2335的樹脂加長錨固劑，每隔4排錨桿在巷道正中間打設1根錨索，排距6000 mm，錨索預緊力150 k N。

（2）巷幫支護。巷幫錨桿型號與錨固方式與頂板相同，間排距1.6 m×1.5 m，預緊扭矩300 Nm，每排錨桿之間采用兩根φ14 mm的鋼筋梯梁進行聯接，用2.6 m×1.6 m的經緯網護幫。

5　巷道位移監測

在距盤區運輸大巷起始段100 m和200 m處采用十字布點法布置了1號測站和2號測站，兩個測站主要監測巷道頂板移近量、兩幫移近量、左幫移近量、頂板淺部離層值、深部離層值和總離層值，監測結果如圖3所示。

圖3　刷大巷道圍巖變形曲線

由圖3（a）可知，1#測站巷道兩幫最大移近量為28 mm，為初始巷道寬度的0.56%，巷道頂底板最大移近量為10 mm，為巷道初始高度的0.38%；2#測站巷道兩幫最大移近量為29 mm，為初始巷道寬度的0.57%，巷道頂底板最大移近量為5 mm，為巷道初始高度的0.2%。總體來看，巷道變形量均不大，在控制范圍之內。

由圖3（b）可知，1#測點處巷道淺部離層為3 mm，深部離層為5 mm，總離層值為8 mm；2#測點處巷道淺部離層為4 mm，深部離層為3 mm，總離層值為7 mm；頂板離層不大，巷道圍巖保持了很好的完整性。

6　結論

井下工業試驗表明，高預應力錨桿錨索聯合支護有效控制了整合礦井刷大巷道圍巖的變形，提高了圍巖的完整性和穩定性。高預應力錨桿錨索支護系統是適合此類巷道的一種安全、有效和經濟的支護方式。

［1］ 李峰.大變形條件下錨桿支護巷道刷大擴巷技術應用實踐［J］.煤，2008（10）

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［3］ 張慶華.特厚煤層沿底板掘進巷道及大斷面切眼錨網支護研究與實踐［J］.中國煤炭，2014（12）

［4］ 王旭宏，王玉懷，夏歡閣等.復雜條件下回采巷道錨網索支護參數優化研究［J］.中國煤炭，2010（3）

［5］ 何濤，孫伯樂，楊博.木棚支護條件下的舊巷道斷面刷大工藝優化及錨固支護參數的確定［J］.山西煤炭，2012（1）

［6］ 何濤.全煤巷道斷面刷大開挖順序及支護方案研究［D］.太原理工大學，2012

［7］ 康紅普，王金華等.煤巷錨桿支護理論與成套技術［M］.北京:煤炭工業出版社，2007

（責任編輯 張毅玲）

★ 煤炭科技·機電與信息化★

Application practice of bolt-mesh support technique in roadway enlarging in integrated coal mine

Li Jianbing1，Sun Wensheng2
（1.Qinhe Energy Group Co.，Ltd.，Jincheng，Shanxi 048007，China；2.Zezhou Tianan Gaodu Coal Industry Co.，Ltd.，Jincheng Anthracite Mining Group，Jincheng，Shanxi 048004，China）

Taking the integrated mine Gaodu Coal Mine of Jincheng Anthracite Mining Group as the engineering background，in order to make mine go into production as soon as possible and reduce the investment of capital construction，the roadway section was enlarged on the basis of old roadway with wooden shed support，then the bolt-mesh support was adopted and it achieved preferable support effect.

integrated coal mine，roadway enlarging，bolt-mesh support

TD353

A

李建兵（1973-），男，高級工程師，沁和能源集團有限公司總工程師。