回采巷道支護(hù)參數(shù)確定方法及應(yīng)用

毛加寧

(云南能源職業(yè)技術(shù)學(xué)院，云南 曲靖 655001)

回采巷道開挖后，煤體的原有應(yīng)力平衡受到破壞，巷道圍巖重新分布，巷道周邊一定范圍內(nèi)，出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象。當(dāng)其應(yīng)力大于煤體的極限應(yīng)力時(shí)，巷道周邊一定范圍煤體會(huì)發(fā)生變形破壞，應(yīng)力會(huì)得到解放，圍巖將破碎并產(chǎn)生裂隙，從而形成松動(dòng)圈。松動(dòng)范圍的大小，除受圍巖強(qiáng)度、應(yīng)力大小、巷道斷面形成、斷面大小等多種因素影響外，還與支護(hù)方式、支護(hù)參數(shù)等有很大的關(guān)系。因此，巷道圍巖松動(dòng)圈的大小，是確定巷道支護(hù)強(qiáng)度的重要依據(jù)，為巷道支護(hù)參數(shù)的設(shè)計(jì)提供了科學(xué)依據(jù)。

1 工程概況

云南興云煤礦八采區(qū)8303工作面回采順槽巷道屬煤層巷道，煤層厚度7.6 ～ 8 m，平均厚度7.8 m，煤層成黑色塊狀結(jié)構(gòu)，玻璃光澤，內(nèi)生裂隙發(fā)育。通過鉆孔取芯研究表明，煤層抗壓強(qiáng)度為8.5 MPa，抗拉強(qiáng)度0.5 MPa，彈性模量為1300 MPa，說明該采區(qū)內(nèi)的煤層屬于偏軟煤層。巷道斷面按照矩形設(shè)計(jì)，寬4.5 m，高2.5 m，沿底板掘進(jìn)。煤層的直接頂為砂質(zhì)泥巖，平均厚度為1.66 m；老頂為砂質(zhì)頁巖，平均厚度為5.0 m；底板為砂質(zhì)泥巖，平均厚度為1.5 m；以下是砂質(zhì)頁巖，厚度為2.2m。煤層中含有夾矸1層，平均厚度為0.3 m。由于煤層埋深較淺，而且頂板基巖較薄，平均僅為17.8 m，以上均為表土層結(jié)構(gòu)，決定了該礦八采區(qū)回采巷道屬于較難維護(hù)巷道。為了確定合理的支護(hù)參數(shù)，決定采用圍巖松動(dòng)圈支護(hù)理論來指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)支護(hù)設(shè)計(jì)。

2 松動(dòng)圈的測(cè)試

2.1 測(cè)孔的布置

圍巖松動(dòng)圈測(cè)試選在8303工作面回風(fēng)巷道進(jìn)行，采用巷道圍巖(巷幫和頂板)打鉆孔的手段，應(yīng)用中國(guó)礦業(yè)大學(xué)生產(chǎn)的超聲波無損檢測(cè)分析儀完成實(shí)測(cè)工作。鉆孔的測(cè)試深度最大為5.6 m。檢測(cè)巷道斷面的鉆孔布置如圖1、圖2所示，AJHJ、BJHJ鉆孔為幫孔，CJHJ、DJHJ為拐角處45°斜孔，EJHJ為頂板垂直孔，深度均為5.6m。

圖1 巷道松動(dòng)圈測(cè)試站布置

圖2 檢測(cè)鉆孔布置圖

2.2 測(cè)試結(jié)果分析

根據(jù)三個(gè)測(cè)站回采巷道圍巖松動(dòng)圈的超聲波測(cè)試數(shù)據(jù)，對(duì)其特征進(jìn)行分析，得出結(jié)論如下：

AJHJ、BJHJ鉆孔的速度分布圖特征為：距頂板0.4～0.6m范圍圍巖有松動(dòng)，波速僅為1578m/s；在1.0～1.4m高度，巖層又出現(xiàn)離層松動(dòng)，波速為1530～1566m/s；深度大于2.4m，巖石的波速為973～1305m/s，表明該范圍內(nèi)(2.4～3.2m)波速最低，圍巖離層松動(dòng)程度最高。

CJHJ、DJHJ鉆孔的速度分布特征是：距頂板1m以下巖層均有松動(dòng)，波速為1334～1680m/s；在1.4～1.6 m高度范圍內(nèi)，巖層離層松動(dòng)明顯，波速為1036m/s；深度在2.8～3.2m范圍內(nèi)，巖石的波速為909～1185m/s，表明該范圍內(nèi)波速最低，圍巖離層松動(dòng)程度最高。

EJHJ鉆孔的速度分布測(cè)試結(jié)果是：在頂板0～3.2m，即整個(gè)鉆孔深度的范圍內(nèi)，圍巖波速都很低，變化在840～1495m/s，表明該孔3.2m深度范圍內(nèi)的圍巖均在離層松動(dòng)圈內(nèi)。此孔的圍巖松動(dòng)范圍測(cè)試結(jié)果，完全符合回采巷道的實(shí)際情況。之所以如此，是因?yàn)樵摽拙嘧o(hù)巷煤柱最近，距未受采動(dòng)影響的實(shí)體煤最遠(yuǎn)，且受首采工作面的采動(dòng)支承壓力影響最嚴(yán)重。

根據(jù)測(cè)試結(jié)果，可得到如下認(rèn)識(shí)：巷幫的松動(dòng)范圍1～1.2m，平均1.1m；拐角處斜孔的松動(dòng)范圍0.4～1.6m，平均為1.0m；頂板巖層松動(dòng)范圍3.2m，離層松動(dòng)發(fā)育程度和規(guī)模最大，在整個(gè)鉆孔深度上均有松動(dòng)現(xiàn)象。斷面總體松動(dòng)范圍為1.77m。

3 巷道支護(hù)參數(shù)的選擇

以松動(dòng)圈測(cè)試結(jié)果為依據(jù)，按照松動(dòng)圈支護(hù)理論并結(jié)合工程類比，對(duì)巷道支護(hù)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，最終確定采用錨帶索聯(lián)合支護(hù)。錨桿及錨索布置如圖3所示。確定相關(guān)參數(shù)如下：

(1)巷道頂板采用6套等強(qiáng)預(yù)拉力螺紋鋼錨桿(靠近低幫的兩套錨桿同兩幫錨桿)加4.2m長(zhǎng)M4型鋼帶、菱形金屬網(wǎng)聯(lián)合支護(hù)，錨桿規(guī)格為M22-Φ20×2400mm(配鍛打螺母)。采用加長(zhǎng)錨固方式，每套錨桿采用兩節(jié)Z2550型中速樹脂藥卷加長(zhǎng)錨固；錨桿間距800mm，排距900mm。錨桿預(yù)緊力不小于50kN，錨固力不低于120kN。

(2)巷道高幫采用4套等強(qiáng)預(yù)拉力螺紋鋼錨桿加2.8m長(zhǎng)M3型鋼帶、菱形金屬網(wǎng)聯(lián)合支護(hù)，錨桿規(guī)格為M22-Φ20×2200mm。采用加長(zhǎng)錨固方式，每套錨桿采用兩節(jié)Z2550型中速樹脂藥卷加長(zhǎng)錨固；錨桿間距為850mm，排距為900mm。錨桿預(yù)緊力不小于40kN，錨固力不低于80kN。

(3)巷道低幫采用3套等強(qiáng)預(yù)拉力螺紋鋼錨桿加2.0m長(zhǎng)M3型鋼帶、菱形金屬網(wǎng)聯(lián)合支護(hù)，錨桿規(guī)格為M22-Φ20×2200mm。采用加長(zhǎng)錨固方式，每套錨桿采用兩節(jié)Z2550型中速樹脂藥卷加長(zhǎng)錨固；錨桿間距為900mm，排距為900mm。錨桿預(yù)緊力不小于40kN，錨固力不低于80kN。

圖3 回采巷道錨桿、錨索布置圖

(4)在頂板每隔1.8m布置一套單錨索支護(hù)系統(tǒng)，沿頂板中線布置錨索鉆孔，眼孔深度6.0m，

錨索與頂板垂直，鋼絞線規(guī)格為Φ17.8m×6.3m。每孔采用一節(jié)K2550快速樹脂藥卷和三節(jié)Z2550中速樹脂藥卷加長(zhǎng)錨固，以保證錨固效果；預(yù)緊力80kN以上，幫、頂錨桿預(yù)緊扭矩不低于150N·m，采用MQS-90J2氣扳機(jī)二次加扭。

4 巷道支護(hù)效果分析

2009年6月采用新設(shè)計(jì)的支護(hù)參數(shù)，對(duì)8303工作面回采巷道實(shí)施支護(hù)，取得了良好的支護(hù)效果。截至目前，巷道基本沒有發(fā)生變形破壞，實(shí)測(cè)巷道的兩幫、頂?shù)装迨諗糠謩e為95 mm和82 mm，頂板最大沉降速率為 9 mm/d，最小沉降速率為0.5 mm/d，兩幫的最小移近速率為0.8 mm/d，完全滿足安全生產(chǎn)要求。

5 結(jié) 論

(1)運(yùn)用松動(dòng)圈測(cè)試儀對(duì)該礦8303工作面回采巷道的松動(dòng)圈在1.8～2.6m，掌握了采動(dòng)影響下松動(dòng)圈的發(fā)展范圍，為巷道支護(hù)參數(shù)的確定提供了可靠依據(jù)，取得了理想的效果，值得推廣應(yīng)用。

(2)圍巖松動(dòng)圈的測(cè)試結(jié)果，是運(yùn)用圍巖松動(dòng)圈支護(hù)理論提出支護(hù)設(shè)計(jì)參數(shù)的依據(jù)。因此，測(cè)試儀器、測(cè)站布置、測(cè)孔的大小以及水的耦合效果，都至關(guān)重要。

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