淺談復(fù)雜地質(zhì)條件下的錨網(wǎng)聯(lián)合支護(hù)技術(shù)

吳軍毅 劉繼祥

(陜西省寶雞市北馬坊煤業(yè)公司,陜西寶雞 721500)

淺談復(fù)雜地質(zhì)條件下的錨網(wǎng)聯(lián)合支護(hù)技術(shù)

吳軍毅 劉繼祥

(陜西省寶雞市北馬坊煤業(yè)公司,陜西寶雞 721500)

本文詳細(xì)分析了煤礦巷道常見復(fù)雜地質(zhì)條件狀況,并結(jié)合礦區(qū)工作實(shí)際,提出了合理有效的加強(qiáng)復(fù)雜地質(zhì)條件下煤巷錨網(wǎng)支護(hù)技術(shù)的措施。

復(fù)雜地質(zhì) 煤巷 錨網(wǎng)支護(hù)

復(fù)雜地質(zhì)條件下的煤巷圍巖一般比較松軟、地應(yīng)力大、巷道變形快、變形量大、抗壓強(qiáng)度低，容易引起頂板冒落或片幫事故。[1]對于此類巷道，錨網(wǎng)聯(lián)合支護(hù)是解決支護(hù)難題的有效途徑，顯著改善支護(hù)效果、降低支護(hù)成本、加快成巷速度、降低勞動強(qiáng)度、簡化工作面兩端頭區(qū)維護(hù)工藝[1]。特別是針對大斷面、圍巖受力復(fù)雜的綜合機(jī)械化采煤的回采巷道，采用錨網(wǎng)聯(lián)合支護(hù)的主動支護(hù)形式，較好的解決了問題。

1 復(fù)雜地質(zhì)條件下的煤巷類型

根據(jù)煤巷所處的位置及圍巖性質(zhì)，包括圍巖不穩(wěn)定或極不穩(wěn)定的煤巷，可以分為以下類型。軟巖巷道，如煤軟、頂板軟及底板軟的三軟巷道;窄煤柱護(hù)巷巷道;多次受采動影響的巷道; 圍巖破碎、受構(gòu)造應(yīng)力影響大的巷道;強(qiáng)烈底鼓的巷道。這些圍巖比較松軟、地應(yīng)力大，變形速度高的巷道，變形量也很大。當(dāng)使用棚式支架時，頂?shù)住蓭拖鄬ψ冃瘟可賱t300mm-400mm，多則1000mm-2000mm，而且常常伴有強(qiáng)烈的底鼓，在巷道服務(wù)期間需要進(jìn)行多次翻修和臥底，支護(hù)、維修費(fèi)用很高，即便如此，也仍然難以滿足礦井生產(chǎn)的需要和安全要求。

2 錨網(wǎng)聯(lián)合支護(hù)的機(jī)理[2]

錨網(wǎng)支護(hù)技術(shù)在煤巷中的應(yīng)用發(fā)展迅速，其中錨桿與工字鋼支架聯(lián)合支護(hù)的形式應(yīng)用十分廣泛，主要分為兩種情形。

巷道中以錨桿支護(hù)為主、工字鋼支架支護(hù)為輔，此時，工字鋼支架支護(hù)是預(yù)防性措施，保證了巷道的安全，其發(fā)展趨勢是工字鋼支架將被逐步取消。

巷道中以工字鋼支架支護(hù)為主，而利用錨桿進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)、加固，而錨和工字鋼支架各自發(fā)揮著加固作用。這種形式在巷道條件困難或有特殊需要時，能大大改善控制圍巖的效果。

采用錨桿、工字鋼支架聯(lián)合支護(hù)，由于錨桿與工字鋼支架可隨著巷道圍巖的壓應(yīng)力和變形的變化而變化，具有較好的適應(yīng)性，在巷道靜壓期以及工作面采動附加載荷轉(zhuǎn)移的初期，錨桿支護(hù)及時主動控制了巷道圍巖，并對其有讓壓特性，使大部分附加載荷轉(zhuǎn)入圍巖中，有效保護(hù)了巷道維護(hù)范圍內(nèi)頂板完整。進(jìn)而減少了頂板前期下沉量和巷道收縮率， 對工字鋼支架支護(hù)是一種彌補(bǔ)。在附加載荷初期轉(zhuǎn)移完成后， 巷道頂板的下位巖層處于卸載狀態(tài)，但并未產(chǎn)生破壞。此時，巷內(nèi)工字鋼支架開始承載， 提供給足夠的支護(hù)剛度，有力控制了頂板的后期下沉量和圍巖變形量?？梢?，錨桿、工字鋼支架聯(lián)合支護(hù)實(shí)現(xiàn)了巷道支護(hù)系統(tǒng)必要的讓壓性和足夠的支護(hù)剛度。

3 復(fù)雜地質(zhì)條件下加固錨網(wǎng)支護(hù)的有效措施

本文以陜西寶雞北馬坊礦井為例，該礦區(qū)為斜井開拓方式，隨著企業(yè)開采規(guī)模的擴(kuò)大和深度的下延，各種復(fù)雜地質(zhì)條件逐漸顯現(xiàn)，在保證礦區(qū)安全生產(chǎn)的前提下，針對復(fù)雜地質(zhì)條件下的煤巷圍巖地質(zhì)力學(xué)條件和變形破壞特點(diǎn)，加固錨網(wǎng)支護(hù)的主要措施有。

(1)由于頂板松軟破碎，變形量很大，與樹脂的粘結(jié)力較小，當(dāng)采用高強(qiáng)度、超高強(qiáng)度全長樹脂錨固錨桿其錨固力可達(dá)到100kN以上，超高強(qiáng)度錨桿則可達(dá)到300kN以上。由于錨桿錨固力越高，錨固體極限強(qiáng)度強(qiáng)化系數(shù)和殘余強(qiáng)度強(qiáng)化系數(shù)越大，能夠更好的改善錨固體的力學(xué)性能越能，因而圍巖變形能夠更好地得到控制。[3]全長樹脂錨固后，不僅提高了錨桿的安全可靠性，而且由于錨桿對錨固區(qū)內(nèi)的圍巖整體約束， 增大了錨桿支護(hù)系統(tǒng)的剛度、減小了頂板變形量。有關(guān)研究表明，在同等條件下，采用全長錨固相比端頭錨固時的圍巖變形量能減少約50%以上。由于全長錨固錨桿受力后兩端軸力最小，中部最大，十分有利于保持松軟破碎頂板的完整性。

(2)巷道底鼓是這類巷道礦壓顯現(xiàn)的表現(xiàn)形式，底鼓嚴(yán)重時底鼓量占到頂?shù)装逡平康?0%以上，對運(yùn)輸和行人等造成很大的困難，斷面的急劇縮小嚴(yán)重影響礦井通風(fēng)和生產(chǎn)安全。當(dāng)前，常采用封閉型金屬支架、底板卸壓、底板注漿加固、底板錨桿、不同形式的反拱、等方式控制巷道底鼓。煤巷采動影響是導(dǎo)致發(fā)生巷道底鼓的主要原因，巷道在支承壓力作用下，巷道圍巖發(fā)生不均勻的整體下沉，而比較松軟的煤幫下沉即會引起巷道底鼓，此時，由于應(yīng)力集中因素，造成巷道角部被破壞，繼而最大塑性區(qū)形成于巷道角部和煤幫部位。因此，要控制巷道底鼓，就需要減小兩幫的下沉和幫、角塑性區(qū)的發(fā)展，采用錨桿或注漿加固巷道幫、角是一種簡便可靠、行之有效、經(jīng)濟(jì)效果良好的新技術(shù)。

(3)由于煤幫最為松軟，巷道兩幫變形量相當(dāng)大，一般大于頂板下沉量，特別是窄煤柱護(hù)巷的一幫。因此，煤幫宜選用加長錨固可伸長增強(qiáng)錨桿，使用錨桿具有較大的支護(hù)阻力和一定的伸長量。錨桿可選用材質(zhì)為20MnSi的建筑螺紋鋼，直徑為Φ20 mm左右。由于煤體與樹脂的粘結(jié)力相對較低，因此媒幫錨桿的錨固長度必須達(dá)到1米以上才能保證煤幫錨桿的錨固力達(dá)到規(guī)定的40kN以上，同時，可以使用鋼筋梯子梁、網(wǎng)等措施更好的控制煤幫片幫。

(4)錨索補(bǔ)強(qiáng)與注漿加固圍巖是一種錨桿支護(hù)系統(tǒng)的輔助配套技術(shù)。當(dāng)頂板比較松軟、直接頂較厚時，可采用孔徑為28mm，孔深約6m-9m的錨索予以加固，錨索的承載能力通?？蛇_(dá)到300kN，其原理是利用錨索將下部松軟、不穩(wěn)定巖層懸吊到上部堅硬、穩(wěn)定的巖層中。當(dāng)圍巖比較破碎時，可以使用化學(xué)類漿液或水泥類漿液等采用注漿方法加固圍巖，提高錨桿的錨固力和巖體強(qiáng)度。

4 結(jié)語

總之，通過在復(fù)雜地質(zhì)條件下采用錨網(wǎng)聯(lián)合支護(hù)方式對寶雞北馬坊礦井進(jìn)行施工，保證了該礦區(qū)巷道支護(hù)的穩(wěn)定性和安全性，較傳統(tǒng)的返修工藝支護(hù)費(fèi)用低、施工難度小、效率高，工人勞動強(qiáng)度低，工期短，為以后同類工程積累了寶貴的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

[1]曾佑富,伍永平,來興平,魏成.復(fù)雜條件下大斷面巷道頂板冒落失穩(wěn)分析[J].采礦與安全工程學(xué)報,2009年04期.

[2]何滿潮.中國煤礦錨桿支護(hù)理論與實(shí)踐[M].科學(xué)出版社,2004年.

[3]王其洲,蔣現(xiàn)科.軟巖巷道支護(hù)方式探討[J].能源技術(shù)與管理,2012年01期.

吳軍毅(1973.08.25—),男,陜西寶雞人,大專,助理工程師,主要從事礦山采掘技術(shù)工作,專業(yè)：煤礦開采技術(shù);

劉繼祥(1971—),男,陜西寶雞人,助理工程師,大專,主要從事煤礦采掘技術(shù)工作,專業(yè)：煤礦開采技術(shù)。