寺河煤礦二號(hào)井15#煤軟煤區(qū)巷道支護(hù)研究

【摘要】針對(duì)寺河煤礦二號(hào)井15#煤工作面軟媒區(qū)巷道支護(hù)的難題，采用數(shù)值模擬和理論分析的方法進(jìn)行研究，提出了新的支護(hù)方案在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了試驗(yàn)并進(jìn)行了觀測(cè)，試驗(yàn)結(jié)果表明：全長(zhǎng)預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)錨桿支護(hù)系統(tǒng)有效控制了巷道的圍巖變形，特別是在軟煤區(qū)巷道支護(hù)中起到了很好的作用，效果極佳。

【關(guān)鍵詞】軟媒巖巷道；巷道支護(hù)；礦壓觀測(cè)

前言

寺河煤礦二號(hào)井15#煤中巷道距頂板0.4～0.8m處賦存一層比較穩(wěn)定的軟煤，嚴(yán)重影響巷幫距頂?shù)?根錨桿和第2根錨桿的支護(hù)效果，不論是軟煤賦存變化，還是錨桿支護(hù)的正常偏差，都會(huì)導(dǎo)致巷幫上部?jī)筛^桿進(jìn)入軟煤區(qū)而使部分錨桿失去支護(hù)作用，起不到支護(hù)效果；在動(dòng)壓區(qū)和復(fù)用巷道中，補(bǔ)強(qiáng)幫錨索位置正好在軟煤區(qū)，錨索無(wú)法正常施工。這些導(dǎo)致巷道掘進(jìn)單進(jìn)水平偏低、成形效果差、報(bào)廢錨桿多、錨桿支護(hù)參數(shù)因軟煤賦存而改變。因此，解決寺河煤礦二號(hào)井軟煤區(qū)的巷道支護(hù)問(wèn)題刻不容緩。

1、工程概況

寺河煤礦二號(hào)井15#煤層位于太原組一段頂部，煤層底板標(biāo)高526-581m，埋深在329-419m之間，煤層厚1.97～3.84m，平均2.66m。底板多為泥巖，少數(shù)為粉砂巖，頂板K2石灰?guī)r，局部為薄層黑色泥巖。

15#煤層直接頂板為K2石灰?guī)r，厚7.47～11.38m，平均厚10.29m，深灰色，致密堅(jiān)硬，頂部含似層狀燧石條帶，全區(qū)穩(wěn)定，局部有泥巖、炭質(zhì)泥巖偽頂，厚度平均0.41m，松軟，易垮落。直接底板為泥巖，平均厚度約4.24m，屬松軟型。這種巖層吸水性強(qiáng)，從而降低了底板的穩(wěn)定性。

2、軟煤巖巷道圍巖控制機(jī)理研究

軟煤巖巷道的破壞主要是剪切破壞，破壞位置主要集中在中部及偏上、偏下的位置。巷道變形主要發(fā)生在兩幫中部、中部偏上、偏下部位和底板，其中兩幫變形最大。并且巷道兩幫破壞主要是剪切破壞，破壞范圍較大。

（1）軟煤巖遇水泥化巷道控制措施 針對(duì)寺河煤礦二號(hào)井巷道底板巖層為泥巖，含有大量粘土礦物，遇水泥化，強(qiáng)度降低較大，且含有少量遇水膨脹的礦物成分，因此在巷道掘進(jìn)中要采取必要的疏放水和堵水措施，施工中嚴(yán)格控制用水，及時(shí)收集排放局部淋滴水，做到干燥圍巖，干燥支護(hù)。

（2）軟煤巖巷道圍巖控制措施 軟煤巖巷道主要為兩幫移近和底鼓破壞，因此必須對(duì)圍巖進(jìn)行全斷面整體協(xié)調(diào)支護(hù)。不僅要控制頂板和兩幫變形，底鼓問(wèn)題更不能忽略，對(duì)底板進(jìn)行高強(qiáng)度高預(yù)應(yīng)力支護(hù)保證底板的穩(wěn)定，也是為了避免底板變形對(duì)兩幫形成擠壓作用，容易導(dǎo)致兩幫變形，底板兩幫同治是防止巷道變形的關(guān)鍵措施。對(duì)于強(qiáng)度偏弱的兩幫進(jìn)行強(qiáng)化支護(hù)，特別是對(duì)于兩幫中部、上下部分，容易發(fā)生剪切破壞的地段，采取加密錨桿支護(hù)的方式，增加圍巖承載圈的厚度，提高圍巖主動(dòng)支護(hù)的能力。

3、巷道兩幫煤體酥軟支護(hù)設(shè)計(jì)

經(jīng)過(guò)理論分析和數(shù)值模擬，確定寺河煤礦二號(hào)井151305工作面巷道兩幫煤體酥軟時(shí)采用高預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)錨桿錨索支護(hù)系統(tǒng)，支護(hù)參數(shù)如下：

（1）頂板支護(hù) 高強(qiáng)錨桿采用BHRB400材質(zhì)、桿體為20#左旋無(wú)縱筋螺紋鋼筋，長(zhǎng)度2000mm，桿尾螺紋為M22，樹(shù)脂加長(zhǎng)錨固，采用一支規(guī)格為MSK2335、一支規(guī)格為MSZ2360的錨固劑。鉆孔直徑為28mm，錨固長(zhǎng)度為1308mm。錨桿托板采用拱型高強(qiáng)度托板配合球形墊圈和尼龍墊片，規(guī)格為150×150×8mm。錨桿排距1400mm，每排4根錨桿，間距1400mm。錨索使用1×7股低松弛高預(yù)應(yīng)力鋼絞線，直徑為15.24mm，長(zhǎng)度5300mm，鉆孔直徑為28mm，加長(zhǎng)錨固，采用三支錨固劑，分別為一支MSK2335，兩支MSZ2360，錨固長(zhǎng)度1486mm。每四排布置1根錨索，排距5600mm，錨索間排距誤差±100mm。錨索托板采用300×300×16mm高強(qiáng)度平托板及配套鎖具，托板承載能力不低于230kN。

（2）巷幫支護(hù) 錨桿形式和規(guī)格、托盤(pán)均與頂板支護(hù)相同，錨固方式為樹(shù)脂全長(zhǎng)錨固，采用三支低粘度錨固劑，一支規(guī)格為MSK2335，兩支規(guī)格為MSM2355。鉆孔直徑為28mm，錨固長(zhǎng)度為1997mm。網(wǎng)片采用HBPP30×30MS型雙向拉伸塑料網(wǎng)（煤幫極軟時(shí)采用雙層金屬網(wǎng)，金屬網(wǎng)規(guī)格為2200×1100，網(wǎng)孔為50×50mm），規(guī)格為3400×2000mm，網(wǎng)片之間采用搭接法連接，上部網(wǎng)片與頂板鋼筋托梁連接。錨桿排距700mm，每排3根錨桿，間距800mm，錨桿間排距誤差±50mm，巷幫上下兩根錨桿距頂、底板分別為300mm和700mm。

4、礦壓觀測(cè)與支護(hù)效果分析

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)巷道條件，在每條巷道至少安設(shè)三個(gè)測(cè)站，分別設(shè)置在巷道掘出50m、150m和300m的位置。每個(gè)綜合測(cè)站包括兩個(gè)巷道表面位移觀測(cè)斷面，一個(gè)頂板離層觀測(cè)斷面，一個(gè)錨桿受力觀測(cè)斷面和錨索受力觀測(cè)斷面。采用十字布點(diǎn)法安設(shè)表面位移監(jiān)測(cè)斷面。采用LBY-3型頂板離層指示儀測(cè)試頂板巖層錨固范圍內(nèi)外位移值，MC-500（B）型錨索測(cè)力計(jì)進(jìn)行錨索受力監(jiān)測(cè)。

通過(guò)回采期間的現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)數(shù)據(jù)，可以得到：

（1）頂板錨桿受力變化不明顯，錨桿受力基本上在預(yù)緊之后呈穩(wěn)定狀態(tài)。頂板錨桿早期受力較大，說(shuō)明及時(shí)施加高預(yù)緊力矩，能有效控制圍巖的早期擴(kuò)容變形，抑制煤體結(jié)構(gòu)面新裂紋的產(chǎn)生及擴(kuò)張，提高圍巖的內(nèi)聚力，起到主動(dòng)支護(hù)目的。巷幫錨桿受力在滯后掘進(jìn)工作面15m后也趨于穩(wěn)定，錨桿施加預(yù)緊力可以達(dá)到30～60kN，正常工作阻力在30～70kN，說(shuō)明巷幫錨桿可以穩(wěn)定的支護(hù)兩幫。整體來(lái)看，巷道錨桿受力沒(méi)有明顯的增大，表明在高強(qiáng)錨桿錨索支護(hù)作用下，巷道圍巖礦壓顯現(xiàn)不劇烈，變形量不大。

（2）巷道在回采之前頂板下沉量最大為11mm，兩幫移近量最大為45mm，頂?shù)装逡平孔畲鬄?0mm。巷道在整個(gè)服務(wù)期間兩幫移近量最大為171mm，頂?shù)装遄畲笠平繛?0mm。巷道變形以?xún)蓭妥冃螢橹?，頂?shù)装遄冃未沃?，其中底鼓為主要變形。兩幫變形中，巷道上部軟煤區(qū)變形量較大，說(shuō)明軟煤區(qū)巷道雖然兩幫均進(jìn)行了加固支護(hù)處理，但處于軟煤部分的巷道變形量仍然比正常段大。

總體來(lái)說(shuō)，巷道變形量不大，在控制范圍內(nèi)。說(shuō)明全長(zhǎng)預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)錨桿支護(hù)系統(tǒng)有效控制了巷道的圍巖變形，在軟煤區(qū)巷道支護(hù)中起到了很好的作用。

5、結(jié)論

高預(yù)應(yīng)力全長(zhǎng)錨桿、錨索支護(hù)系統(tǒng)在寺河煤礦二號(hào)井軟煤區(qū)巷道支護(hù)中得到成功應(yīng)用，使寺河煤礦二號(hào)井的巷道支護(hù)技術(shù)有了新的發(fā)展，取得了顯著的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

首先，解決了近幾年一直困擾寺河煤礦二號(hào)井的軟煤區(qū)巷道支護(hù)難題，使寺河煤礦二號(hào)井對(duì)軟煤區(qū)巷道支護(hù)有了新的認(rèn)識(shí)，在錨桿支護(hù)巷道質(zhì)量管理方面更加重視預(yù)緊力和全斷面支護(hù)的重要作用。

其次，寺河煤礦二號(hào)井軟煤區(qū)巷道采用高預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)錨桿錨索支護(hù)系統(tǒng)，支護(hù)材料費(fèi)用明顯高于正常段巷道支護(hù)費(fèi)用。在寺河煤礦二號(hào)井同等條件下（巷道斷面規(guī)格及圍巖類(lèi)別），雖然使用現(xiàn)設(shè)計(jì)錨桿支護(hù)材料費(fèi)用較高，但使用高預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)錨桿錨索支護(hù)系統(tǒng)支護(hù)巷道，巷道支護(hù)完成后基本上不需要維修，可節(jié)省巷道維修所需的大量人力物力。

參考文獻(xiàn)

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作者簡(jiǎn)介

楊勝利（1967- ），男，采煤工程師，現(xiàn)任晉城煤業(yè)集團(tuán)寺河煤礦二號(hào)井安全副礦長(zhǎng)。