特厚煤層綜放回采巷道支護研究

王志廣

（山西煤炭運銷集團大同有限公司，山西 大同037003）

錨桿支護技術(shù)已在國內(nèi)外得到普遍應(yīng)用，是煤礦實現(xiàn)高產(chǎn)高效生產(chǎn)必不可少的關(guān)鍵技術(shù)之一?？茖W(xué)的錨桿支護設(shè)計方案主要確定取決于礦區(qū)的地質(zhì)條件、圍巖狀況、頂板巖性狀況、地應(yīng)力狀況等多個因素。 通過采應(yīng)用動態(tài)信息設(shè)計法錨桿支護方法，根據(jù)現(xiàn)場實際條件及基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，設(shè)計出錨桿初步參數(shù)，方案在井下實施過程中，通過礦壓等數(shù)據(jù)的信息反饋，及時調(diào)整設(shè)計方案。

1 研究支護巷道位置及圍巖狀況

口泉煤礦位于大同煤田東南邊緣地段，屬大同向斜東南翼，為一走向南北，傾向西的單斜構(gòu)造。首采工作面2202 皮帶順槽西側(cè)與塔山煤礦以F1 逆斷層為井田邊界隔開， 北鄰盤區(qū)回風(fēng)上山， 南鄰井田邊界，2202 皮帶順槽布置在19-22# 煤層中，在距盤區(qū)皮帶上山口130m處，按方位角188°48′20″開口，開口平進9m 再按-10°掘進，見19-22#煤層底板后沿底板掘進，巷道長度1063m，巷道斷面為矩形，凈斷面為4700mm×3000mm。

首采19-22 號煤層厚度14.98-24.29m，平均19.73m，煤層傾角平均18°,煤層硬度f 為2～3，煤層結(jié)構(gòu)極復(fù)雜，煤層頂?shù)装寰鶠樘假|(zhì)泥巖、局部有煌斑巖，抗壓強度76.0～84.4MPa，抗拉強度4.0～5.1MPa。 底板巖性以泥巖、砂質(zhì)泥巖為主，少部分為高嶺巖及炭質(zhì)泥，頂?shù)装鍖﹂_拓部署，開采工藝、頂板維護等都有較大影響。

2 錨桿支護設(shè)計方法

現(xiàn)有的錨桿支護設(shè)計方法很多，如基于以往經(jīng)驗和圍巖分類的經(jīng)驗設(shè)計法，基于某種假說和解析計算的理論設(shè)計法，以現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的監(jiān)控設(shè)計法。 大量實踐經(jīng)驗證明，單獨采用任何一種方法都不符合巷道圍巖復(fù)雜性和多變性的特點， 因而達不到理想的設(shè)計效果。只有采用包括試驗點調(diào)查和地質(zhì)力學(xué)評估、初始設(shè)計、井下監(jiān)測和信息反饋、修正設(shè)計和日常監(jiān)測的動態(tài)信息設(shè)計方法，才是符合井下巷道圍巖特性的科學(xué)的設(shè)計方法。初始設(shè)計采用數(shù)值計算和經(jīng)驗法相結(jié)合的方法進行，根據(jù)圍巖參數(shù)和已有實測數(shù)據(jù)確定出比較合理的初始設(shè)計。 然后將初始設(shè)計實施于井下，并進行詳細的圍巖位移和錨桿受力監(jiān)測，根據(jù)監(jiān)測結(jié)果驗證或修正初始設(shè)計。 正常施工后還要進行日常監(jiān)測，保證巷道安全。本設(shè)計包括試驗點調(diào)查和地質(zhì)力學(xué)評估，錨桿支護初始設(shè)計，井下施工所需材料、設(shè)備和工藝，礦壓監(jiān)測設(shè)計和儀器等內(nèi)容。

3 巷道支護形式和參數(shù)選擇原則

針對口泉煤礦特厚煤層地質(zhì)生產(chǎn)條件，為了充分發(fā)揮錨桿支護的作用，提出以下設(shè)計原則：

（1）一次支護原則。 錨桿支護應(yīng)盡量一次支護就能有效控制圍巖變形，避免二次或多次支護。一方面，這是礦井實現(xiàn)高效安全生產(chǎn)的要求；另一方面，這是錨桿支護本身的作用原理決定的。巷道圍巖一旦揭露立即進行支護效果最佳，而在已發(fā)生離層、破壞的圍巖中安裝錨桿，支護效果會受到顯著影響。

（2）高預(yù)應(yīng)力和預(yù)應(yīng)力擴散原則。 預(yù)應(yīng)力是錨桿支護中的關(guān)鍵因素，是區(qū)別錨桿支護是被動支護還是主動支護的參數(shù)，只有高預(yù)應(yīng)力的錨桿支護才是真正的主動支護，才能充分發(fā)揮錨桿支護的作用。 一方面，要采取有效措施給錨桿施加較大的預(yù)應(yīng)力；另一方面，通過托板、鋼帶等構(gòu)件實現(xiàn)錨桿預(yù)應(yīng)力的擴散，擴大預(yù)應(yīng)力的作用范圍，提高錨固體的整體剛度與完整性。

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

（4）臨界支護強度與剛度原則。 錨桿支護系統(tǒng)存在臨界支護強度與剛度，如果支護強度與剛度低于臨界值，巷道將長期處于不穩(wěn)定狀態(tài)，圍巖變形與破壞得不到有效控制。因此，設(shè)計錨桿支護系統(tǒng)的強度與剛度應(yīng)大于臨界值。

（5）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)揮錨桿支護的整體支護作用。

（6）可操作性原則。提供的錨桿支護設(shè)計應(yīng)具有可操作性，有利于井下施工管理和掘進速度的提高。

（7）經(jīng)濟合理性原則。在保證巷道支護效果和安全程度，技術(shù)上可行、施工上可操作的條件下，做到經(jīng)濟合理，有利于降低巷道支護綜合成本。

4 支護方案

4.1 錨桿支護

錨桿形式和規(guī)格：桿體為22# 左旋無縱筋螺紋鋼筋，鋼號為335號，長度2.4m，桿尾螺紋為M24。

錨固方式： 樹脂加長錨固， 采用兩支樹脂錨固劑， 一支規(guī)格為MSK2335， 另一支規(guī)格為MSZ2360， 鉆頭直徑為30mm， 錨固長度1200mm。

W 鋼護板規(guī)格：厚度5mm，寬280mm，長度450mm。

錨桿配件：采用高強錨桿螺母M24，配合高強托板調(diào)心球墊和尼龍墊圈，托板采用拱型高強度托板，高度不低于36mm，托板尺寸不小于150×150×10mm，承載能力不低于190kN。

網(wǎng)片規(guī)格：采用經(jīng)緯網(wǎng)，經(jīng)緯網(wǎng)材料為10# 鐵絲，網(wǎng)孔規(guī)格50×50mm，網(wǎng)片規(guī)格5300×1100mm，采用16# 鉛絲聯(lián)接，雙絲雙扣梳辮法隔孔相連。

錨桿布置：錨桿排距1000mm，間距850mm，每排布置6 根錨桿。錨桿角度：全部垂直頂板布置。

4.2 錨索支護

錨索形式和規(guī)格： 錨索材料為Φ18.9mm，1×7 股高強度低松弛預(yù)應(yīng)力鋼絞線，長度6300mm，鉆孔直徑30mm。 采用一支MSK2335 和兩支MSZ2360 樹脂錨固劑錨固，錨固長度1970mm。

錨索托板： 采用300×300×16mm 高強度可調(diào)心托板及配套鎖具，高度不低于60mm，承載能力不低于400kN。

錨索布置：每兩排錨桿打設(shè)3 根錨索，錨索間距均為1700mm，排距為1000mm。

錨索角度：全部垂頂板布置。

圖1

圖2 錨桿錨索支護布置

5 結(jié)論

通過口泉煤礦錨桿支護技術(shù)的系統(tǒng)研究，對于煤巖體較完整條件下巷道，實現(xiàn)巷道錨桿、錨索一次支護，優(yōu)化錨桿支護參數(shù)，提高掘進效率，降低支護和掘進成本。對于復(fù)雜困難條件下巷道，顯著提高巷道安全可靠性，將巷道變形量控制在一定范圍，滿足生產(chǎn)要求，基本不需維修，確保安全的前提下，適當(dāng)降低支護成本。實現(xiàn)了巷道支護整體水平較大提升。