“三軟”煤層掘進錨噴支護技術(shù)淺析

李克慶，程 悅，時曉東

“三軟”煤層掘進錨噴支護技術(shù)淺析

李克慶1，程 悅1，時曉東2

(1.貴州省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局一〇六地質(zhì)大隊，貴州 遵義 563000;2.中國礦業(yè)大學，江蘇 徐州 221116)

“三軟”煤層條件下，頂板安全是制約掘進的主要因素。通過優(yōu)化生產(chǎn)組織和加強施工質(zhì)量管理，提高錨噴支護水平和掘進水平，進一步提高支護系統(tǒng)的支護質(zhì)量，以有效控制掉頂、片幫等事故的發(fā)生，實現(xiàn)了快速掘進，確保了安全生產(chǎn)。

“三軟”煤層;掘進;錨噴支護;安全管理

“三軟”煤層指煤礦開采中遇到的軟的頂板巖層、軟的主采煤層和軟的煤層底板巖層，一般情況下，具有三軟特征的煤礦煤層和頂?shù)装寰鶠檐浫鯉r層。煤層裂隙發(fā)育，構(gòu)造復雜。

“三軟”煤層容易導致支護系統(tǒng)抵抗彈性變形的能力降低，當支護系統(tǒng)周圍煤層的壓力達到支護系統(tǒng)的強度極限時，將導致頂板彎曲下沉，造成煤層上覆頂板破碎，使掘進、回采及頂板管理的難度進一步加大。如果遇到復合頂板，因為復合頂板易與上部巖層發(fā)生離層，所以復合頂板易發(fā)生大面積的推垮型冒頂，給快速掘進、安全生產(chǎn)造成較大的威脅。在“三軟”煤層中采用綜采、綜掘工藝是一個比較難的課題，但是在“三軟”煤層中使用綜采工藝也可以達到快速掘進，關(guān)鍵在于措施得力，現(xiàn)場執(zhí)行到位。

1 問題及分析

1.1 生產(chǎn)組織方面

“三軟”煤層揭露后極易風化，造成噴漿前巷道的煤壁風化脫落，使部分錨桿失效，導致片幫、掉頂，影響支護效果，甚至可能發(fā)生冒頂事故。

1.2 施工質(zhì)量管理方面

在煤礦生產(chǎn)施工過程中由于生產(chǎn)施工不到位，造成質(zhì)量原因?qū)е轮ёo體受到擾動、破壞，影響安全的因素如下：

1)在掘進施工過程中沒有嚴格按照設(shè)計圖紙施工，炮眼位置不規(guī)范，周邊眼沒有緊貼巖面且沒有垂直于掘進面，巷道成形比較差，超挖、欠挖嚴重，導致煤壁應力集中使巷道變形、破壞。

2)在掘進施工過程中打設(shè)錨桿時，由于煤巖松軟和部分巷道高度的制約，且掘進后敲幫問頂時沒有除盡懸?guī)r、危矸，產(chǎn)生較大的裂隙，使部分頂部錨桿打設(shè)質(zhì)量差，支護系統(tǒng)的初撐力不足，使圍巖脫落，導致煤壁應力集中，錨桿失效，從而巷道變形、破壞。

3)在掘進施工過程中噴漿時，沒有嚴格按照砼的混合比配置混凝土;噴漿厚度不一致，噴漿過薄影響支護強度，噴漿過厚影響其柔性，使脆性增加，易使圍巖離層，從而導致圍巖形成的承載結(jié)構(gòu)不能保持;無初噴、復噴距離大，煤壁暴露時間過長，致使煤壁風化脫落;且勞動組織不到位、不合理，導致噴漿質(zhì)量差，進而產(chǎn)生片幫、掉頂，使煤壁變形噴體脫落進一步暴露煤體，從而使煤壁風化脫落。

2 對策與實施

2.1 支護強度計算

要做到正確的設(shè)計和使用錨噴支護，必須基于相關(guān)的錨噴支護理論作為指導，常用的支護理論一般有：懸吊理論、組合拱(壓縮拱)理論、最大水平應力理論等。

現(xiàn)代煤礦采用的永久支護方式大多是錨、網(wǎng)、噴支護，錨網(wǎng)噴支護既能充分發(fā)揮錨桿作用，又充分發(fā)揮噴射混凝土的作用。同時網(wǎng)使圍巖表面破碎圈完整化，使噴層平整均勻，增加抗彎、抗剪能力，并具有較高柔性和較大的允許變形量。支護系統(tǒng)的材料為冷拔鋼絲網(wǎng)(一般規(guī)格100 mm×100 mm)，等強度圓鋼錨桿(根據(jù)實際的煤層條件用相應的公式選取)，混凝土(按照煤礦實際經(jīng)驗和巷道圍巖的穩(wěn)定性、巷道跨度及巷道的服務年限，噴厚一般為100 mm，分期次噴射，初噴大約40 mm左右，復噴使總噴厚達到100 mm)。本文介紹按懸吊理論計算錨桿參數(shù)：

1)錨桿長度計算：

式中：

L—錨桿長度，m;

H—冒落拱高度，m;

K—安全系數(shù)，一般取2;

L1—錨桿錨入穩(wěn)定巖層的深度，m，一般取0.4;

L2—錨桿在巷道中的外露長度，m，一般取0.1。其中：

B—巷道開掘?qū)挾?

f—巖石堅固性系數(shù)，煤取3。

2)錨桿間排距計算：一般采用間距、排距相等

式中：

a—錨桿間距、排距，m;

Q—錨桿設(shè)計錨固力，kN/根，取64;

R—被懸吊著的煤巖重力密度，kN/m3，取24。

3)錨桿直徑的確定：

式中：

D—錨桿直徑，mm;

P—錨桿截面載荷，kN，取105;

Jb—螺紋鋼錨桿屈服點，MPa，取410。

在選用錨桿時應按照以上公式進行計算，選出符合條件的等強度螺紋鋼錨桿，并且設(shè)計滿足支護需要的錨桿間、排距。

2.2 生產(chǎn)組織

改進生產(chǎn)工藝，提高生產(chǎn)班組間的銜接效率，本著有利于巷道支護和提高勞動效率的原則，采用掘、噴平行穿插作業(yè)，使煤壁暴露風化時間減小，確保頂板安全。

2.3 提高施工質(zhì)量

針對上述施工環(huán)節(jié)存在質(zhì)量管理方面的問題，制定下列措施：

1)嚴格按照設(shè)計圖紙上對斷面尺寸的要求進行施工。打眼前，首先按照腰線、中線嚴格檢查巷道斷面規(guī)格，不符合作業(yè)規(guī)程要求的必須先進行處理，打眼前需進行敲幫問頂工作，仔細檢查頂幫的圍巖情況，除掉活矸、危矸，做好臨時支護，在確認安全后開始施工，做到巷道成形圓滑、規(guī)則、平整。

2)嚴格按照設(shè)計規(guī)程所要求的巷道支護系統(tǒng)參數(shù)進行施工：

a)打錨桿孔。嚴格按照設(shè)計規(guī)范明確錨桿的間排距，安設(shè)打孔位置，錨桿眼位置誤差不得超過100 mm，確定錨桿孔數(shù)量，錨桿孔需垂直于巷道斷面的切線方向，錨桿眼方向誤差不得大于10°，錨桿孔深度應該與錨桿長度相匹配，并且符合設(shè)計規(guī)范的要求。

b)提高錨桿的安設(shè)質(zhì)量。安設(shè)錨桿前應將錨桿孔內(nèi)的巖渣、積水清理干凈，施工時必須嚴格按照已經(jīng)打設(shè)好的錨桿孔安設(shè)錨桿，先放入錨固劑，然后放入錨桿，再掛錨網(wǎng)，最后錨桿安裝機帶動桿體旋轉(zhuǎn)將錨桿旋入錨固劑中攪拌均勻錨固劑，直到錨桿達到設(shè)計深度，并上緊錨桿螺母，使錨桿托盤緊貼巖面，保證錨桿的拉拔試驗值不小于設(shè)計要求。

c)鋼絲網(wǎng)的鋪設(shè)和搭接。在打設(shè)好錨桿后進行金屬網(wǎng)搭接，搭接時相鄰兩網(wǎng)的搭接長度為100 mm，搭接部分用14號鐵絲綁扎，每隔300 mm綁扎一次，保證牢固可靠。金屬網(wǎng)片須緊貼巖面，成型規(guī)整。

d)加強噴漿工作。噴漿時噴射口至噴射面保持垂直，遇到裂隙或低凹處，應先噴射填平，再進行正常噴射，噴口至噴面的距離＜1 m，噴頭要螺旋形推進?；炷羾姾笠话銥?00 mm，混凝土在第一次噴射時頂板一般為40～50 mm，兩幫一般為50～70 mm，并間隔2 h后，開始第二次噴射，第二次噴射總噴漿厚度應達到100 mm。

3)巷道頂板破碎比較嚴重時，可根據(jù)當時的實際情況將錨桿間、排距縮短到500 mm×500 mm，如支護系統(tǒng)剛度達不到支護設(shè)計的效果，可再使用打設(shè)錨索加強支護，如果支護系統(tǒng)還不能很好的支護巷道，可再增加U型鋼加強支護。

3 結(jié)論

在“三軟”煤層條件下實現(xiàn)安全、快速掘進，需要通過系統(tǒng)地加強質(zhì)量管理，減緩煤巖體風化脫落時間，提高支護系統(tǒng)的支護質(zhì)量，做到有效控制掉頂、片幫的事故的發(fā)生，確保掘進安全，進一步提高錨噴支護水平和掘進水平。

［1］ 萬舉峰，劉永發(fā)，王延潤.“三軟”地層條件下快速掘進技術(shù)［J］.煤礦支護，2008(2)：44－46.

［2］ 陶應宏.“三軟”煤層綜采技術(shù)探討［J］.淮南職業(yè)技術(shù)學院學報，2004(1)：4－5.

［3］ 徐永圻.采礦學［M］.徐州：中國礦業(yè)大學出版社，2003：78－85.

Research on Bolting and Shotcreting Support Technology of Tunneling with the"Three Soft"Coal Seam

Li Ke－qing，Cheng Yue，Shi Xiao －dong

Under"three soft"coal seam conditions，roof safety is a major factor of restricting excavation.Through optimizing the organization of production and enhancing the quality of construction management，improve the level of bolting and shotcreting and tunneling level，to further improve the quality of the supporting systems，effectivey control the occurrence of the swap top and wall spalling，achieve a rapid excavation，ensure safety production.

"Three soft"coal seam;Tunneling;Bolting and shotcreting support;Security production

TD352+.5

A

1672－0652(2011)12－0019－02

2011－11－02

李克慶(1966—)男，貴州遵義人，2009年畢業(yè)于中國地質(zhì)大學，高級工程師，主要從事煤礦地質(zhì)工作(E － mail)chengyue2180@yahoo.com.cn