千米深井煤巷錨網(wǎng)索聯(lián)合支護(hù)技術(shù)

陳少華

（國(guó)投新集能源股份有限公司 口孜東礦，安徽 阜陽(yáng) 236153）

千米深井煤巷錨網(wǎng)索聯(lián)合支護(hù)技術(shù)

陳少華

（國(guó)投新集能源股份有限公司 口孜東礦，安徽 阜陽(yáng) 236153）

介紹了口孜東礦深井煤巷的變形特點(diǎn)，提出了支護(hù)方案及對(duì)策，解決了深井煤巷的支護(hù)難題，取得了較好的技術(shù)效果和經(jīng)濟(jì)效益，對(duì)類似條件的煤巷支護(hù)具有參考價(jià)值。

深井；煤巷；錨網(wǎng)索；聯(lián)合支護(hù)

1 工程概況

口孜東礦位于淮南煤田西部，是國(guó)投新集能源股份有限公司第一對(duì)千米深井，井口地面標(biāo)高+27.7 m，現(xiàn)開(kāi)采的第一水平標(biāo)高-967m。111303工作面膠帶機(jī)順槽為首采面下順槽，總掘進(jìn)工程量2670m。該巷道沿13-1煤層中頂板掘進(jìn)，煤層厚度4.36 m，中間夾2層夾矸，夾矸厚約0.4 m，主要為炭質(zhì)泥巖和泥巖，掘進(jìn)過(guò)程中遇到了落差10 m～15 m的斷層2條、3 m～5m的斷層5條。巷道礦壓顯現(xiàn)明顯，頂板鼓起、兩幫移近變形量大，肩窩外鼓，巷道支護(hù)極為困難。

2 巷道斷面及支護(hù)設(shè)計(jì)

2.1 巷道斷面形狀及支護(hù)方式的選擇

科學(xué)實(shí)驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)表明，拱形巷道受力較均勻，不易形成應(yīng)力集中區(qū)和集中點(diǎn)，拱形巷道圍巖自撐能力強(qiáng)，是深部巷道較理想的斷面，故選用直墻半圓拱斷面。13-1煤層直接頂板泥巖裂隙發(fā)育，較松軟，對(duì)于高礦壓巷道的支護(hù)應(yīng)是及時(shí)主動(dòng)支護(hù)、高承載能力、高初撐力。支護(hù)以樹(shù)脂錨桿為支護(hù)主體，錨索增加支護(hù)能力，鋼帶及鋼筋網(wǎng)增加巷道表面剛度，以增加其承載能力。

2.2 支護(hù)參數(shù)的確定

經(jīng)對(duì)巷道頂板巖性及強(qiáng)度分析，頂板為Ⅳ類一般不穩(wěn)定圍巖，按照組合拱理論和工程類比法設(shè)計(jì)支護(hù)參數(shù)。

1錨桿：（1）錨桿：采用左旋無(wú)縱筋專用Ⅱ級(jí)高強(qiáng)螺紋鋼錨桿，規(guī)格Φ22mm×2500mm。（2）錨桿托板：采用10mm厚鋼板加工成碟形墩窩托板，長(zhǎng)×寬×厚=120mm×120mm×10mm。（3）錨網(wǎng)：采用Φ6mm鋼筋焊制，長(zhǎng)×寬=1.6m×0.9 m，網(wǎng)孔規(guī)格100 mm×100mm。（4）鋼帶：采用Φ12mm圓鋼焊制H型鋼帶，規(guī)格為3.0m、2.5m、1.6m三種，沿巷道斷面布置。

2錨索：（1）錨索：采用Φ21.8mm鋼絞線加工，長(zhǎng)度6.3m。（2）M5鋼帶：采用厚6mm，寬250mm鋼板加工鋼帶，規(guī)格為3.2m、2.4 m二種，沿巷道走向方向布置。（3）錨索托板：采用14mm厚鋼板加工，采用大小兩塊托板疊加，大托板在里、小托板在外，大托板長(zhǎng)×寬×厚=300 mm×300 mm×14 mm，小托板長(zhǎng)×寬×厚=150mm×150mm×14mm。

3錨桿及錨索的排間距：根據(jù)錨桿排間距不大于錨桿長(zhǎng)度1/2的原則，選擇錨桿排間距為700mm×700mm，按五花型布置，錨索排距為1.4m。具體支護(hù)見(jiàn)圖 1：圖中 6，8，15，17，19 錨桿為增補(bǔ)錨桿，與鄰近錨桿間距為 350 mm；錨索共施工 a、b、c、d、e、f、g 七根，其中d錨索正頂施工，b、f錨索布置在煤巖交線下方300 mm～400 mm處，c、e分左右布置在d錨索下方1.5m位置，a布置在b錨索下方1.2m，g布置在f錨索下方700mm位置。

4錨固材料：拱部錨桿樹(shù)脂藥卷采用3卷MSK2350型，幫部錨桿使用3卷MSK2850型，錨桿抗拔力不小于100 kN/根。錨索安裝采用4卷MSK2350型，預(yù)應(yīng)力不小于160kN/根。

圖1 巷道支護(hù)斷面圖

圖2 巷道支護(hù)平面圖

2.3 支護(hù)強(qiáng)度驗(yàn)算

1）錨桿長(zhǎng)度及間距驗(yàn)算：

研究和工程實(shí)踐表明，一般情況下，組合拱厚度在0.8m～1.6m范圍內(nèi)就能滿足圍巖穩(wěn)定要求，圍巖條件好時(shí)取下限，圍巖條件差及埋深大時(shí)取上限。

式中：d為組合拱厚度，m；l為錨桿的有效長(zhǎng)度，取2.3 m；θ為錨桿對(duì)破裂巖體的控制角，θ=45°；a為錨桿的排間距，m。

組合拱厚度達(dá)到要求，選取長(zhǎng)2.5 m錨桿及排間距700mm×700mm符合要求。

2）錨固力及錨桿直徑驗(yàn)算：

式中：N為錨桿錨固力，kN；σ為桿體材料的屈服極限，Φ22 mm錨桿屈服強(qiáng)度≥335 MPa；d為桿體直徑。N＞100kN，表明Φ22mm錨桿符合支護(hù)要求。

3）錨索長(zhǎng)度驗(yàn)算：由于錨索的錨固點(diǎn)在深部穩(wěn)定巖層中，使下部不穩(wěn)定巖層通過(guò)錨索懸吊在上部穩(wěn)定巖層中，起到了懸吊頂板的作用；同時(shí)由于錨索預(yù)應(yīng)力作用，對(duì)已有錨桿支護(hù)的下部巖層進(jìn)行組合、加固。根據(jù)懸吊理論，錨索長(zhǎng)度應(yīng)滿足：L≥L1+L2+L3.

式中：L為錨索總長(zhǎng)度，m；L1為外露長(zhǎng)度（含鋼帶、托板、鎖具厚度），0.017+0.014+0.014+0.035+0.3=0.38m；L2為有效長(zhǎng)度（取圍巖松動(dòng)圈冒落高度b），m；L3為錨入穩(wěn)定巖層內(nèi)深度，m，取2m。其中圍巖松動(dòng)圈冒落高度b為：

式中：B、H為巷道掘進(jìn)荒寬、荒高；f為頂板巖石普氏系數(shù)，經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)巖石取樣做抗單軸壓強(qiáng)度試驗(yàn)得到頂板巖石普氏系數(shù)為1.86；ω為兩幫圍巖的似內(nèi)摩擦角，ω=arctan（f）。由于 L≥L1+L2+L3=0.4+2.1+2=4.4 m，故選用的6.3m錨索符合要求。

3 巷道支護(hù)效果監(jiān)測(cè)

1）測(cè)站的安設(shè):巷道施工過(guò)程中，每隔50 m設(shè)一組觀測(cè)站，每一組觀測(cè)站有一組表面位移觀測(cè)點(diǎn)，一個(gè)錨桿測(cè)力計(jì)，一個(gè)錨索測(cè)力計(jì)。通過(guò)鋼卷尺量得巷道頂?shù)装搴拖飵偷南鄬?duì)位移量，錨桿錨索測(cè)力計(jì)觀測(cè)錨桿及錨索的受力情況。

2）表面位移觀測(cè):該巷15號(hào)測(cè)點(diǎn)巷道兩幫相對(duì)位移量、頂板下沉量、底板臌量變化曲線，見(jiàn)圖3。由圖看出，巷道掘出后的三個(gè)月左右頂板及兩幫趨于穩(wěn)定，六個(gè)月內(nèi)的頂板下沉量為125 mm，日均下沉量為0.7 mm/d；兩幫相對(duì)移近量為283 mm，日均移近量為1.5mm/d。這說(shuō)明頂板的高強(qiáng)錨桿及高預(yù)應(yīng)力錨索在懸掛頂板和限制頂板離層起到重要作用。巷道變形主要表現(xiàn)為底臌，六個(gè)月底臌量達(dá)到774 mm，這主要是因?yàn)轫敳考皫筒扛邚?qiáng)預(yù)應(yīng)力錨桿及錨索的支護(hù)結(jié)構(gòu)使圍巖壓力向底部傳遞，而使泥巖底板在無(wú)支護(hù)狀態(tài)下發(fā)生劇烈破壞。

圖3 巷道表面位移量變化曲線圖

3）錨桿錨索受力觀測(cè)：該巷15號(hào)測(cè)點(diǎn)處錨桿錨索受力變化曲線，見(jiàn)圖4。由圖看出，巷道剛掘進(jìn)后，錨桿錨索的受力急劇增加，經(jīng)過(guò)大約40 d的變化后，受力基本趨于穩(wěn)定，錨桿受力在25MPa左右，錨索受力在48MPa左右，巷道掘進(jìn)影響期間的圍巖變化趨于穩(wěn)定。

圖4 錨桿錨索受力變化曲線圖

4 結(jié)束語(yǔ)

（1）通過(guò)八個(gè)月的礦壓觀測(cè)和資料分析，錨桿、錨網(wǎng)、鋼帶、錨索的聯(lián)合支護(hù)方式有效提高了111303工作面膠帶機(jī)順槽的抗變形能力及承受深部圍巖壓力的承載能力，確保了巷道圍巖穩(wěn)定。錨桿、錨網(wǎng)、鋼帶、錨索的聯(lián)合支護(hù)在口孜東礦千米深井煤巷中的成功應(yīng)用，表明這種支護(hù)方式能有效利用圍巖的承載能力，發(fā)揮錨桿及錨索的的支護(hù)能力，達(dá)到控制圍巖穩(wěn)定的目的。（2）錨桿錨索的體積小、重量輕、便于運(yùn)輸，減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，有利于巷道的快速掘進(jìn)。

[1] 何滿潮，謝和平，彭蘇萍，等.深部開(kāi)采巖體力學(xué)研究[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2005，16.

[2] 何滿潮，李國(guó)峰，任愛(ài)武，等.深部軟巖巷道立體交叉硐室群穩(wěn)定性分析[J].中國(guó)礦業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2008（2）.

[3] 李帥，岳喜占.千米深井大斷面軟巖巷道錨架注聯(lián)合支護(hù)技術(shù)[A].中國(guó)巖石力學(xué)與工程學(xué)會(huì)編.巖石力學(xué)與工程的創(chuàng)新和實(shí)踐：第十一次全國(guó)巖石力學(xué)與工程學(xué)術(shù)大會(huì)論文集[C].武漢：湖北科技出版社，2010，9.

Abstract:The paper introduces the deformation features of the deep well roadways in Kouzidong mine and proposes supporting plans and countermeasures which have solved the deep well supporting problem successfully and achieved better effect and economic benefits.The study is valuable for support technology in the similar conditions.

Key words:deep well;roadways;bolt-net-cable;combined support

編輯：徐樹(shù)文

Bolt-Net-Cable Combined Support Technology in Deep Well Roadways

CHEN Shao-hua

(Kouzidong Mine,SDIC Xinji Energy Co.,Fuyang Anhui 236153)

TD353

A

1672-5050（2012）05-0073-03

2011-11-18

陳少華（1982—），男，湖北黃岡人，大學(xué)本科，助理工程師。