特厚煤層超高煤幫大斷面巷道支護(hù)技術(shù)

文/李燕飛

大同煤礦集團(tuán)大唐塔山煤礦位于大同煤田東翼中東部邊緣地帶，七峰山西側(cè)，距大同市約30公里。井田東西走向長(zhǎng)24.3km，南北傾斜寬11.7km，面積約170.91km2。井田上部的侏羅系已基本采完，全井田內(nèi)石炭系可采儲(chǔ)量30.7億t，礦井設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力1500萬(wàn)t/a，設(shè)計(jì)服務(wù)年限132年。

塔山煤礦煤層厚度很大，巷道一般沿煤層底板掘進(jìn)（除頂回風(fēng)巷外），煤層巷道圍巖松軟破碎，煤層和巖層的不連續(xù)面容易發(fā)生離層，巷道圍巖破壞范圍較大。同時(shí)礦井采用綜放開采，考慮到設(shè)備運(yùn)輸和通風(fēng)要求，巷道掘進(jìn)斷面較大，給巷道支護(hù)帶來(lái)較大困難。

一、斷面設(shè)計(jì)

考慮到掘進(jìn)過(guò)程中設(shè)備尺寸，通風(fēng)要求和巷道圍巖變形預(yù)留量，設(shè)計(jì)8105工作面5105巷掘進(jìn)斷面尺寸如下：巷道斷面呈矩形，寬5.5m，高3.9m，掘進(jìn)斷面積為21.45m2。

二、支護(hù)參數(shù)選擇原則

安全、有效、快速的巷道支護(hù)技術(shù)是保證礦井實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)高效的必要條件。目前，我國(guó)煤礦巷道的主要支護(hù)形式是錨桿支護(hù)。對(duì)于大采高綜放開采涉及的超高煤幫、特大斷面巷道，對(duì)支護(hù)技術(shù)提出更高、更苛刻的要求。錨桿支護(hù)在這類困難巷道中支護(hù)效果差，圍巖變形大，支護(hù)構(gòu)件破壞嚴(yán)重，巷道安全得不到保證。針對(duì)塔山煤礦具體地質(zhì)生產(chǎn)條件，為了充分發(fā)揮錨桿支護(hù)的作用，提出以下設(shè)計(jì)原則：

1.一次支護(hù)原則。錨桿支護(hù)應(yīng)盡量一次支護(hù)就能有效控制圍巖變形，避免二次或多次支護(hù)。

2.高預(yù)應(yīng)力和預(yù)應(yīng)力擴(kuò)散原則。預(yù)應(yīng)力是錨桿支護(hù)中的關(guān)鍵因素，只有高預(yù)應(yīng)力的錨桿支護(hù)才是真正的主動(dòng)支護(hù)，才能充分發(fā)揮錨桿支護(hù)的作用。

3.“三高一低”原則。即高強(qiáng)度、高剛度、高可靠性與低支護(hù)密度原則。保證支護(hù)系統(tǒng)可靠性的條件下，降低支護(hù)密度，減少單位面積上錨桿數(shù)量，提高掘進(jìn)速度。

4.相互匹配原則。錨桿各構(gòu)件，包括托板、螺母、鋼帶等的參數(shù)與力學(xué)性能應(yīng)相互匹配，錨桿與錨索的參數(shù)與力學(xué)性能應(yīng)相互匹配，以最大限度地發(fā)揮錨桿的整體支護(hù)作用。

三、應(yīng)用

8105工作面位于一盤區(qū)的中部，東南鄰8104工作面，間隔38m，南接1070回風(fēng)巷，連通1070皮帶巷、輔運(yùn)巷，西北鄰8106工作面未開掘。工作面傾向長(zhǎng)度207m，走向長(zhǎng)度2800m，頂回風(fēng)巷與回風(fēng)順槽間距20m，高差20m。順槽巷道沿3～5號(hào)煤層底板掘進(jìn)。煤層總厚 11.93～16.13m，平均厚 15.72m。

1.頂板支護(hù)

（1）錨桿。桿體為22#左旋無(wú)縱筋螺紋鋼筋，鋼號(hào)為HRB400，長(zhǎng)度2.4m，桿尾螺紋為M24。

錨固方式：樹脂加長(zhǎng)錨固，采用兩支低粘度樹脂藥卷，一支規(guī)格為K2335，一支規(guī)格為Z2360。鉆孔直徑為30mm。

W鋼帶規(guī)格：厚度4mm，寬250mm，長(zhǎng)度5100mm。

錨桿配件：采用高強(qiáng)錨桿螺母M24×3，配合高強(qiáng)托板調(diào)心球墊和尼龍墊圈，托盤采用拱型高強(qiáng)度托盤，規(guī)格為 120×120×10mm，承載能力不低于 30t。

錨桿角度：垂直頂板布置。

網(wǎng)片規(guī)格：采用高強(qiáng)塑料網(wǎng)護(hù)頂。

錨桿布置：錨桿排距800mm，每排7根錨桿，間距800mm。

錨桿預(yù)緊扭矩：≥400Nm。

（2）錨索。錨索材料為 φ22mm，1×19 股高強(qiáng)度低松弛預(yù)應(yīng)力鋼絞線，長(zhǎng)度8300mm，采用一支K2335和兩支Z2360低粘度樹脂藥卷錨固，錨固長(zhǎng)度1500mm。

錨索布置：每?jī)膳佩^桿打3根錨索，排距1600mm，間距2000mm，全部垂直頂板巖層。

錨索托盤：采用300×300×16mm高強(qiáng)度可調(diào)心托板及配套鎖具。

錨索組合構(gòu)件：采用W鋼帶作為每排錨索的組合構(gòu)件，鋼帶規(guī)格：厚度4mm，寬250mm，長(zhǎng)度4300mm。

錨索預(yù)緊力：200～250kN。

2.巷幫支護(hù)

錨桿形式和規(guī)格：桿體為22#左旋無(wú)縱筋螺紋鋼筋，鋼號(hào)為HRB400，長(zhǎng)度2.4m，桿尾螺紋為M24。

錨固方式：樹脂加長(zhǎng)錨固，采用兩支低粘度樹脂藥卷，一支規(guī)格為K2335，一支規(guī)格為Z2360。

W鋼帶規(guī)格：采用W鋼護(hù)板護(hù)幫，鋼護(hù)板厚度 5mm，寬 280mm，長(zhǎng)度450mm。

錨桿配件：采用高強(qiáng)錨桿螺母M24×3，配合高強(qiáng)托板調(diào)心球墊和尼龍墊圈，托盤采用拱型高強(qiáng)度托盤，規(guī)格為 120×120×10mm，承載能力不低于30t。

網(wǎng)片規(guī)格：采用高強(qiáng)塑料網(wǎng)護(hù)幫。

錨桿布置：錨桿排距800mm，每排每幫4根錨桿，間距1000mm。

錨桿角度：垂直煤幫安設(shè)。

錨桿預(yù)緊扭矩：≥400Nm。

四、礦壓監(jiān)測(cè)

在8105工作面5105巷中每個(gè)試驗(yàn)段安設(shè)三個(gè)監(jiān)測(cè)站。其中掘進(jìn)200m左右安設(shè)一個(gè)監(jiān)測(cè)站，掘進(jìn)1000m左右安裝第二個(gè)監(jiān)測(cè)站，掘進(jìn)2000m左右安設(shè)第三個(gè)監(jiān)測(cè)站。每個(gè)監(jiān)測(cè)站包括兩個(gè)巷道表面位移監(jiān)測(cè)斷面，一個(gè)頂板離層監(jiān)測(cè)斷面，一個(gè)錨桿受力監(jiān)測(cè)斷面，一個(gè)錨索受力監(jiān)測(cè)站。

五、結(jié)論

大同礦區(qū)石炭系煤層巷道支護(hù)曾是困擾煤礦安全生產(chǎn)的一大難題，出現(xiàn)多次冒頂事故。塔山礦8105工作面5105順槽的支護(hù)實(shí)踐證明，通過(guò)合理選擇支護(hù)參數(shù)及支護(hù)材料，能夠有效控制特厚煤層超高煤幫大斷面巷道的變形，維護(hù)巷道穩(wěn)定。