5.5m高巷道錨桿支護(hù)技術(shù)

王文明

（晉城煤業(yè)集團(tuán) 寺河礦，山西 晉城 030053）

5.5m高巷道錨桿支護(hù)技術(shù)

王文明

（晉城煤業(yè)集團(tuán) 寺河礦，山西 晉城 030053）

在分析了5.5m高巷道的地質(zhì)條件和變形特點(diǎn)后，提出了5.5高巷道的支護(hù)方案，并在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了工業(yè)性試驗(yàn)，通過(guò)礦壓監(jiān)測(cè)表明設(shè)計(jì)方案是合理可行的。

5.5高巷道；高幫；錨桿支護(hù)

隨著開(kāi)采技術(shù)的不斷進(jìn)步及資源開(kāi)采政策要求的不斷提高，煤炭資源回收率成為我們關(guān)注的重要問(wèn)題。寺河煤礦為厚煤層開(kāi)采，3號(hào)煤層的平均厚度在6.3m左右，但開(kāi)采煤層回采巷道的最大高度只有3.5m，加之初采、末采以及工作面兩端順槽過(guò)渡段丟煤，工作面的平均采高在5.2m左右，已采工作面回采率只有75%，與國(guó)家規(guī)定厚煤層回采率93%還有很大距離。為了提高資源回采率，寺河煤礦也進(jìn)行了多次技術(shù)改進(jìn)，如把順槽巷道高度加高到5.5m，工作面回采率為94%，采區(qū)回采率達(dá)到75%，即達(dá)到國(guó)家要求。

基于寺河煤礦煤層厚度大的現(xiàn)狀，必須進(jìn)行一次掘全高、一次采全高，研究開(kāi)發(fā)5.5m高巷道的支護(hù)技術(shù)，滿足在大采高一次采全高和快速推進(jìn)工作面回采時(shí)確保大高度順槽巷道的支護(hù)安全，才能適應(yīng)礦井發(fā)展的需要。

1 基本地質(zhì)條件

主采3號(hào)煤層，位于二疊系下統(tǒng)山西組下部，埋藏深度平均為400m，煤層單軸抗壓強(qiáng)度平均為21.9MPa。3號(hào)煤層柱狀圖，見(jiàn)圖1。

研究和試驗(yàn)結(jié)果表明，寺河礦3號(hào)煤層具有以下特點(diǎn)：

（1）3號(hào)煤層的巖石性質(zhì)非常特殊，雖然其抗壓強(qiáng)度較大，普氏硬度系數(shù)不小，但是由于煤體內(nèi)部節(jié)理裂隙極其發(fā)育，煤體松散發(fā)脆，導(dǎo)致煤體整體強(qiáng)度顯著降低，自身承載能力很小。當(dāng)下部煤體開(kāi)掘后，上部煤體失去支撐，自身無(wú)法保持平衡，容易導(dǎo)致煤體垮落。

圖1 3號(hào)煤層柱狀圖

（2）煤層圍巖條件變化明顯，相距不遠(yuǎn)采用相同支護(hù)方式的巷道，有時(shí)成形較好，頂板和兩幫比較完整，受到動(dòng)壓影響后，巷道變形不大;有時(shí)在掘進(jìn)過(guò)程中，就發(fā)生冒頂片幫現(xiàn)象，受到動(dòng)壓影響后，礦壓顯現(xiàn)更為劇烈。圍巖破碎地段一般處于地質(zhì)構(gòu)造區(qū)域。

試驗(yàn)巷道為該礦33061巷，為3306工作面運(yùn)輸順槽?？紤]圍巖變形，掘進(jìn)毛寬為5.0m，掘進(jìn)毛高為5.5m，掘進(jìn)毛斷面積為27.50m2，埋藏深度為378 m～496m，平均為449m。經(jīng)過(guò)水壓致裂法三維原巖地應(yīng)力測(cè)量，寺河煤礦3306工作面附近最大主應(yīng)力為14.61MPa，呈東西向；最小主應(yīng)力為6.2MPa，呈南北向。最大、最小主應(yīng)力為近水平主應(yīng)力,中間主應(yīng)力為垂直應(yīng)力，大小為9.8MPa，與鉛垂方向偏差15.4°。

2 大高度巷道巷幫變形和破壞規(guī)律的數(shù)值模擬

對(duì)于大高度巷道，最大的特點(diǎn)在于巷幫的穩(wěn)定。本文采用有限差分軟件FLAC，模擬了巷幫有無(wú)錨索兩種情況下的變形情況。

當(dāng)巷幫有無(wú)錨索時(shí)，巷道支護(hù)狀況分別如圖2和圖3所示。無(wú)錨索時(shí)，巷道兩幫煤壁相對(duì)移近量為583.2mm，增加了235.7mm，變化非常明顯，巷幫仍然存在拉斷破壞區(qū)域，破壞深度為0.5m，所以巷幫錨索作用十分明顯。

圖2 5.5m高巷道圍巖位移分布（有錨索）

圖3 5.5m高巷道圍巖位移分布（無(wú)錨索）

3 大高度巷道錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)

3.1 大高度巷道支護(hù)理念

大高度巷道支護(hù)設(shè)計(jì)采用包括施工地點(diǎn)地質(zhì)力學(xué)調(diào)查測(cè)試、錨桿支護(hù)初始設(shè)計(jì)、礦壓監(jiān)測(cè)、信息反饋和修正設(shè)計(jì)等的動(dòng)態(tài)信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法。根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)確定合理的數(shù)值模擬方案，然后根據(jù)已有實(shí)測(cè)圍巖地質(zhì)力學(xué)參數(shù)建立合理的數(shù)值模擬模型，進(jìn)行多個(gè)方案的比較，最后得出經(jīng)濟(jì)有效的錨桿支護(hù)初始設(shè)計(jì)參數(shù)。初始設(shè)計(jì)在井下實(shí)施后，必須進(jìn)行詳細(xì)的煤層圍巖變形和支護(hù)構(gòu)件受力等礦壓綜合監(jiān)測(cè)，根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果驗(yàn)證或修正初始設(shè)計(jì)。正常施工過(guò)程中還要進(jìn)行礦壓日常監(jiān)測(cè)，以確保巷道安全。根據(jù)地質(zhì)條件和已有巷道的變形情況提出巷道的初始支護(hù)設(shè)計(jì)。

3.2 頂板支護(hù)

錨桿桿體采用Φ20mm左旋無(wú)縱筋螺紋鋼，長(zhǎng)度為2 400mm；采用拱型高強(qiáng)托板，規(guī)格為150 mm×150mm×10mm；樹(shù)脂加長(zhǎng)錨固，錨固長(zhǎng)度為1 200mm；采用直徑為Φ16mm圓鋼鋼筋托梁，寬度為100mm，長(zhǎng)度為4 600mm，金屬網(wǎng)片護(hù)頂；錨桿間排距為900mm×1000mm。

錨索為單根鋼絞線，直徑為Φ17.8mm，長(zhǎng)度為7300mm，加長(zhǎng)錨固，錨固長(zhǎng)度為1 400mm。錨索間距為1 800mm，排距為2 000mm。錨索預(yù)緊力不得小于150 kN。

3.3 巷幫支護(hù)

錨桿桿體采用Φ20mm左旋無(wú)縱筋螺紋鋼，長(zhǎng)度為2 000mm；采用拱型高強(qiáng)托板，規(guī)格為150 mm×150mm×10mm；采用直徑為Φ16mm圓鋼鋼筋托梁，寬度為100mm，長(zhǎng)度為4 100mm，金屬網(wǎng)片護(hù)幫；樹(shù)脂端部錨固，錨固長(zhǎng)度為1 000mm；錨桿間排距為1 000mm×1 000mm。

錨索為單根鋼絞線，直徑為φ17.8mm，長(zhǎng)度為6 300mm，加長(zhǎng)錨固，錨固長(zhǎng)度為1 400mm。錨索每幫每3排2根，間距為1 500mm，排距為3 000mm。錨索預(yù)緊力不得小于150 kN。

錨桿支護(hù)布置，見(jiàn)圖4。

圖4 33061膠帶巷錨桿支護(hù)布置圖/mm

4 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)和礦壓觀測(cè)

初始支護(hù)設(shè)計(jì)方案在寺河礦33061膠帶巷試驗(yàn)以后，反映良好，有效地控制住巷道的變形，提高了安全程度。

4.1 頂板離層和巷道表面位移

圖5為其中一個(gè)頂板離層儀的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，采用十字布點(diǎn)法監(jiān)測(cè)巷道的表面位移。圖6為33061膠帶巷表面位移監(jiān)測(cè)曲線。

頂板淺部離層量為18mm，深部離層量為8mm，總離層量為26mm，淺部離層占總離層量的70%，說(shuō)明巷道圍巖主要在淺部（2.3m以內(nèi)）發(fā)生離層，頂板離層得到較好的控制。巷道掘過(guò)測(cè)站76m后，表面位移基本趨于穩(wěn)定。由于兩幫為煤，頂板為巖層，所以兩幫移近量遠(yuǎn)大于頂板下沉量。兩幫最大移近量為328mm，兩幫變形同樣得到了較好控制。

圖5 頂板離層監(jiān)測(cè)曲線

圖6 巷道表面位移監(jiān)測(cè)曲線

圖7 頂板錨桿受力監(jiān)測(cè)曲線

圖8 頂板錨索受力監(jiān)測(cè)曲線

圖9 巷幫錨索受力監(jiān)測(cè)曲線

4.2 錨桿受力和錨索受力

采用錨桿錨索測(cè)力計(jì)監(jiān)測(cè)錨桿錨索的受力。一個(gè)支護(hù)斷面上所有的錨桿錨索都按上測(cè)力計(jì)。圖7為某測(cè)站頂板錨桿的受力監(jiān)測(cè)曲線。從監(jiān)測(cè)結(jié)果可以看出，錨桿的初始預(yù)緊力即可達(dá)到32 kN，隨著掘進(jìn)頭的向前推進(jìn)，錨桿受力逐步增大，最終穩(wěn)定在90 kN左右，錨桿的承載力得到較好的發(fā)揮。錨桿受力增長(zhǎng)比較平穩(wěn)，說(shuō)明錨桿支護(hù)較好的控制住了巷道離層和圍巖變形。

圖8為某根頂板錨索的受力監(jiān)測(cè)曲線，圖9為某根幫錨索的受力監(jiān)測(cè)曲線。由這兩條曲線可以看出，錨索初期預(yù)緊力可以達(dá)到100 kN左右，掘進(jìn)期間最終達(dá)到170 kN，同樣錨索受力增長(zhǎng)也比較平穩(wěn)，說(shuō)明錨索預(yù)緊力能較好的控制巷道圍巖的變形，很好地把錨固區(qū)內(nèi)圍巖與深部巖層結(jié)合起來(lái)，調(diào)動(dòng)深部圍巖的承載能力，而且最終錨索的受力也是合理的，既充分利用承載力，又留有安全余地。

5 結(jié)論

（1）從礦壓監(jiān)測(cè)結(jié)果來(lái)看，在寺河礦的大高度巷道應(yīng)用錨桿支護(hù)技術(shù)是成功的，它有效地約束了圍巖變形，控制住了巷道頂板的離層和表面位移，而且錨桿錨索的受力也較為合理。

（2）在隨后的工作面回采過(guò)程中，大高度巷道經(jīng)受住了大采高一次采全高并快速推進(jìn)工作面采動(dòng)時(shí)的劇烈動(dòng)壓影響，實(shí)現(xiàn)了工作面的高產(chǎn)、高效，而且由于產(chǎn)量提高給煤炭企業(yè)帶來(lái)的間接經(jīng)濟(jì)效益要遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)采用錨桿支護(hù)產(chǎn)生的直接經(jīng)濟(jì)效益。

[1] 康紅普.煤巷錨桿支護(hù)成套技術(shù)研究與實(shí)踐[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2005，24（21）：3959-3964.

[2] 康紅普，王金華.煤巷錨桿支護(hù)理論與成套技術(shù)[M].北京：煤炭工業(yè)出版社，2007.

[3] 張占濤.大斷面煤層巷道圍巖變形特征與支護(hù)參數(shù)研究[D].北京：煤炭科學(xué)研究總院，2009.

[4] 康紅普，王金華，林健.煤礦巷道錨桿支護(hù)應(yīng)用實(shí)例分析[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2010，29（4）：649-664.

5.5m High Roadway Bolting Support

WANG W en-m ing

(Sihe Mine,Jincheng Coal Group,Jincheng Shanxi048205)

On the analysis of the geological condition and deformation characteristics of 5.5m high roadway,a supporting plan was presented and was tested on the industrial scale on the spot.Pressure monitoring indicated that the plan was rational and feasible.

5.5m high roadway;high layer;bolting support

TD323+.6

A

1672-5050（2011）09-0050-04

2011-04-12

王文明（1976—），男，山西晉城人，工程碩士，工程師，晉煤集團(tuán)寺河礦主任工程師。

徐樹(shù)文