優(yōu)化支護(hù)設(shè)計(jì)在深井開(kāi)采巷道圍巖控制技術(shù)中的應(yīng)用

文/王振海 吳文哲

黑龍江龍煤礦業(yè)集團(tuán)雞西分公司東海煤礦井田東西走向11km，南北傾向3km，井田面積33km2。井田內(nèi)斷層發(fā)育縱橫交錯(cuò)，褶曲現(xiàn)象頻繁出現(xiàn)，地質(zhì)構(gòu)造非常復(fù)雜。東海礦五采區(qū)為礦井四個(gè)主要采區(qū)之一，五采區(qū)32#煤層現(xiàn)已開(kāi)拓延伸至四水平底部，距地表垂直深度已達(dá)1100多米，東海礦現(xiàn)處在典型深井復(fù)雜地質(zhì)條件的開(kāi)采階段，井巷掘進(jìn)及回采期間礦壓顯現(xiàn)異常，通過(guò)對(duì)五采32#層左十二路采面上回風(fēng)順槽錨網(wǎng)索鋼帶聯(lián)合支護(hù)理論分析與實(shí)踐，在深井開(kāi)采礦壓顯現(xiàn)日趨劇烈情況下，不斷優(yōu)化高強(qiáng)度錨桿、錨索、金屬網(wǎng)、“W”鋼帶聯(lián)合支護(hù)設(shè)計(jì)與材料選型，32#層右十一采面回風(fēng)順槽通過(guò)優(yōu)化支護(hù)技術(shù)參數(shù)和斷面設(shè)計(jì)成功控制巷道圍巖大變形，取得了一定成效，保證了安全生產(chǎn)。

一、深井礦壓顯現(xiàn)原因分析

礦井進(jìn)入深部層開(kāi)采后，由于煤巖層自重壓力的增大，巷道主要表現(xiàn)在巷道圍巖變軟，圍巖面易發(fā)生爆裂，巷道圍巖三向受力狀態(tài)發(fā)生改變，加上深部層開(kāi)采頂板壓力變大，造成巷道圍巖的擠壓破壞。隨著擠壓破壞向深部層發(fā)展，引起煤巖體裂隙擴(kuò)張和體積膨脹，造成巷道煤巖層彎曲變形。彎曲拉應(yīng)力逐漸變大，導(dǎo)致巷道頂板、巷幫煤巖體的破壞，尤其回采工作面上回風(fēng)順槽受工作面超前動(dòng)壓與上部沿空采空區(qū)殘余應(yīng)力釋放疊加的影響，造成巷道變形嚴(yán)重、巷道斷面的收縮量急劇增大，嚴(yán)重影響到礦井的安全生產(chǎn)。

二、煤層自然狀況

五采區(qū)32層煤層厚度平均1.5m，煤層傾角 15°，煤質(zhì)硬度為 f=1.0～1.5，煤層中部含 2～3層20～30mm厚夾矸，偽頂為0.2～0.6m厚度不等的砂質(zhì)頁(yè)巖及泥質(zhì)頁(yè)巖，直接頂為細(xì)質(zhì)砂巖、泥頁(yè)巖、炭質(zhì)砂巖，厚度5～6m，層理發(fā)育抗壓強(qiáng)度低，松軟、易破碎，巖性不穩(wěn)定。

三、巷道工程概況

五采區(qū)32#層左十二路采面上回風(fēng)順槽埋深1020m，工作面開(kāi)切眼185m，上回風(fēng)順槽走向660m，沿煤層頂板掘進(jìn)施工，與左十一路采空區(qū)留設(shè)5m寬區(qū)段煤柱。左十二路采面回風(fēng)順槽礦壓觀測(cè)回采期間工作面超前動(dòng)壓影響范圍已達(dá)150m范圍，巷道圍巖變形嚴(yán)重地段在工作面超前50m范圍，巷道兩幫移近量最大達(dá)2.0m，頂?shù)资湛s量達(dá)1.5m，嚴(yán)重制約和影響了安全生產(chǎn)。

四、優(yōu)化支護(hù)方案設(shè)計(jì)

1.原32層十二路采面回風(fēng)順槽巷道支護(hù)參數(shù)

錨桿參數(shù)：錨桿采用20MnSi左旋無(wú)縱筋預(yù)應(yīng)力螺紋鋼，直徑∮18mm；長(zhǎng)度1800mm；采用樹脂錨固，錨固長(zhǎng)度700mm，錨固劑：CK2335樹脂錨固劑兩卷。設(shè)計(jì)錨固力90KN：預(yù)緊力70KN：錨桿矩形布置每排4根，間排距：1000mm×1000mm；金屬蝶形托盤：規(guī)格 120×120×8mm。 錨索：直徑∮15.24、1860低松弛鋼絞線、長(zhǎng)度7.2m、靠上幫單排布置，間距2.0m?！癢”鋼帶：規(guī)格3200×280×35mm，厚度 2.75mm。 金屬網(wǎng)：10# 鍍鋅鐵線；菱形金屬網(wǎng)規(guī)格：3200×1500×35mm；網(wǎng)孔尺寸45×65mm。幫錨桿支護(hù)規(guī)格：∮35mm管縫式錨桿，長(zhǎng)度 1600mm；間排距 700×700mm。

根據(jù)錨桿支護(hù)的剛性梁理論，通過(guò)錨桿的高預(yù)緊力使錨桿長(zhǎng)度范圍和錨桿長(zhǎng)度以上的頂板離層得以消除，使頂板形成一個(gè)“剛性”梁體，提高頂板整體的抗剪強(qiáng)度，使水平應(yīng)力對(duì)頂板剪切破壞不向頂板縱深發(fā)展，頂板的垂直壓力被轉(zhuǎn)移到巷道兩側(cè)煤體內(nèi)，為使巷道兩側(cè)煤體壓力減小，巷道兩側(cè)錨桿支護(hù)要與鉛垂線保證一定角度，使錨固端錨在幫部穩(wěn)定巖層中，增加錨桿與頂板的剛性梁長(zhǎng)度，使巷道壓力向煤體深部轉(zhuǎn)移，緩解巷幫角應(yīng)力的破壞，減小巷道兩側(cè)煤幫壓力。增加錨桿長(zhǎng)度后，盡量使錨桿深入到穩(wěn)定巖層中，保證剛性梁足夠厚度，使其具有較高的承載能力。

通過(guò)使用KBD5電磁輻射監(jiān)測(cè)儀，利用煤巖體受不同壓力后其內(nèi)部電磁輻射波發(fā)生不同變化的電磁理論，在32層左十二路采面掘進(jìn)及回采期間，找出采面掘進(jìn)與回采時(shí)巷道壓力電磁強(qiáng)度與頻率變化峰值的大小，為下一步確定32層右十一路采面巷道支護(hù)參數(shù)與材質(zhì)選型奠定基礎(chǔ)。

根據(jù)以上理論和電磁輻射儀電磁強(qiáng)度的預(yù)測(cè)，決定對(duì)32右十一采面回風(fēng)順槽巷道支護(hù)參數(shù)、支護(hù)材質(zhì)等加以修改，控制深井開(kāi)采巷道圍巖劇烈變化。

2.修改后32層右十一路采面回風(fēng)順槽巷道支護(hù)參數(shù)

錨桿參數(shù)：錨桿采用20MnSi左旋無(wú)縱筋預(yù)應(yīng)力螺紋鋼，修改直徑為∮22mm長(zhǎng)度22mm；采用樹脂錨固，錨固長(zhǎng)度700mm，錨固劑：CK2335數(shù)值錨固劑兩卷。設(shè)計(jì)錨固力120KN；錨桿矩形布置每排4根，間排距改為：1000mm×900mm；金屬蝶形托盤：規(guī)格 120×120×8mm。

錨索補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)：錨索改為直徑∮18.7mm高強(qiáng)度低松弛鋼絞線，長(zhǎng)度7200mm，外露長(zhǎng)度控制在不大于350mm，張拉預(yù)緊力控制在60～80KN，矩形布置：間排距1800×2000mm。每孔裝入5根樹脂錨固劑固定，型號(hào)為 MSK2335、MSZ2335，每孔眼底裝入1根MSK2335，外側(cè)用4根MSZ2335，錨固力不低于200KN/根，托盤用長(zhǎng)度300mm、寬度200mm、厚度 5mm 槽鋼。 “W”鋼帶：規(guī)格：3200×280×35mm,厚度2.75mm。金屬網(wǎng)：10#鍍鋅鐵線；規(guī)格：3200×1800mm；網(wǎng)孔尺寸 45×65mm。 幫錨桿支護(hù)規(guī)格；修改為∮20mm高強(qiáng)度螺紋鋼高桿：長(zhǎng)度 1800mm，間排距：600×600mm。

對(duì)32層左十二路采面上回風(fēng)順槽巷道支護(hù)設(shè)計(jì)修改后，通過(guò)增加錨桿直徑與支護(hù)密度，提高錨桿承載強(qiáng)度，加大錨桿預(yù)緊力的基礎(chǔ)上，同時(shí)還增加錨索直徑，加大錨索支護(hù)密度，提高頂板整體剛性承載強(qiáng)度。幫錨桿支護(hù)由管縫式改為高強(qiáng)度螺紋鋼錨桿，并且還增加了幫錨固長(zhǎng)度與支護(hù)密度，有效控制了松軟煤巖體大的變形對(duì)安全生產(chǎn)的影響。

32層右十一路采面上回風(fēng)順槽在正?；夭善陂g，通過(guò)對(duì)巷道的礦壓觀測(cè)，修改后的支護(hù)基本上控制住了巷道的收縮變形，保證了安全生產(chǎn)。

五、結(jié)論

東海煤礦在深井開(kāi)采特殊地質(zhì)條件下，通過(guò)合理的選擇巷道支護(hù)技術(shù)參數(shù)，積極采用先進(jìn)的支護(hù)工藝，在支護(hù)材料選型上積極探索與實(shí)踐，研究制定出錨桿、索、金屬網(wǎng)、鋼帶聯(lián)合支護(hù)技術(shù)，同時(shí)制定出安全質(zhì)量檢查與頂板動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn)，保證了錨桿、索、網(wǎng)、鋼帶的施工質(zhì)量與安全。