大斷面回采巷道支護(hù)技術(shù)研究

朱秀梅

摘要：隨著礦井開采深度的增加，復(fù)雜條件下大采高綜采回采巷道支護(hù)技術(shù)是目前在礦井安全開采生產(chǎn)過程中所面臨的新的難題之一。合理的巷道支護(hù)是保證礦井正常生產(chǎn)的必要條件，因此回采巷道支護(hù)技術(shù)非常值得研究。本文以羊場灣煤礦120208工作面風(fēng)巷為背景，通過對(duì)該巷道原有支護(hù)失穩(wěn)機(jī)理分析，優(yōu)化了工藝參數(shù)，并利用現(xiàn)場監(jiān)測的方法對(duì)優(yōu)化前后的支護(hù)效果進(jìn)行了對(duì)比，結(jié)果表明，優(yōu)化后的錨桿支護(hù)工藝極大改善了巷道圍巖破碎狀態(tài)，控制了巷道圍巖變形，對(duì)大斷面巷道穩(wěn)定性控制起到了積極的作用。對(duì)類似條件下回采巷道的支護(hù)形式具有一定的借鑒意義。

關(guān)鍵詞：回采巷道 大斷面煤巷 錨桿支護(hù) 失穩(wěn)破壞

1 巷道變形破壞特征

隨著羊場灣煤礦大采高綜采工作面開采深度和工作面采高的增加，巷道斷面的加大，且回采順槽完全沿煤層布置，煤體松軟破碎，節(jié)理發(fā)育。特別是下一區(qū)段回風(fēng)順槽的提前布置將受上區(qū)段工作面和本區(qū)段工作面雙重采動(dòng)影響，工作面順槽兩幫受壓變形嚴(yán)重、頂?shù)装逡平蓭凸某?、底板鼓起、甚至出現(xiàn)大面積冒頂?shù)茸冃翁卣?，巷道變形?dǎo)致斷面縮小，巷道高度無法滿足設(shè)備的運(yùn)輸，嚴(yán)重影響煤炭回采、運(yùn)輸及安全生產(chǎn)；隨著礦井產(chǎn)量逐年遞增，巷道斷面的加大和開采規(guī)模的升級(jí)，巷道穩(wěn)定性問題及其支護(hù)缺陷越發(fā)嚴(yán)重。巷道需不斷加固，甚至不得不多次翻修，維護(hù)困難，成本高，安全性差。

2 巷道變形破壞影響因素分析

①采動(dòng)影響：120208工作面風(fēng)巷兼做相鄰的120207工作面輔助運(yùn)輸巷，因此120208工作面風(fēng)巷在120207工作面開采前就提前布置完畢，大采高工作面頂板垮落加重了礦壓的顯現(xiàn)劇烈程度，由采動(dòng)影響集中引起的二次應(yīng)力導(dǎo)致巷道的變形破壞。且巷道完全置于煤層中，煤體節(jié)理發(fā)育，松軟破碎，為了保證順槽輔助運(yùn)輸與通風(fēng)，需不斷加固和頻繁翻修，成本高，安全性差。②地質(zhì)構(gòu)造影響：羊場灣煤礦120208工作面位于山疙瘩向斜軸部，工作面風(fēng)巷在掘進(jìn)150m處揭露F15斷層，機(jī)巷掘進(jìn)至800m處揭露DF4斷層。上述斷層均為導(dǎo)水?dāng)鄬?，頂、底板泥巖遇水變軟，特別是受斷層破碎帶影響區(qū)域頂板控制困難。③圍巖內(nèi)部結(jié)構(gòu)變化：120208工作面風(fēng)巷的提前布置，導(dǎo)致該巷將受到120207工作面采動(dòng)影響和本工作面的超前采動(dòng)影響，加之巷道開挖的動(dòng)壓影響，工作面上、下幫煤壁極易發(fā)生變化而產(chǎn)生裂隙。加之工作面頂、幫長時(shí)間裸露風(fēng)化嚴(yán)重，致使風(fēng)巷頂幫圍巖強(qiáng)度降低失穩(wěn)。

3 回采巷道支護(hù)設(shè)計(jì)

①調(diào)整回采巷道銜接順序。羊場灣煤礦回采巷道受采動(dòng)影響后難以控制的一個(gè)主要原因是下一區(qū)段風(fēng)巷緊跟上區(qū)段機(jī)巷掘進(jìn)，巷道的提前開挖導(dǎo)致風(fēng)巷將受到兩次采動(dòng)影響。為了避免出現(xiàn)風(fēng)巷受到二次采動(dòng)影響，下區(qū)段風(fēng)巷滯后上區(qū)段采煤工作面掘進(jìn)，在工作面采動(dòng)壓力穩(wěn)定后掘進(jìn)可很大程度減小巷道受上區(qū)段采動(dòng)影響。②引進(jìn)整體耦合讓均壓錨桿錨索支護(hù)技術(shù)。a頂板錨桿：Φ22×2500mm的扭矩應(yīng)力錨桿，間排距為900×900mm，Q500礦用高強(qiáng)螺紋鋼，屈服強(qiáng)度理論值18噸，實(shí)測值大于20噸，抗拉強(qiáng)度理論值22噸，實(shí)測值大于24噸；錨桿雙泡讓壓管：17～20T；錨桿的預(yù)應(yīng)力4～6噸。b兩幫錨桿：Φ22×2500mm的蛇形錨桿，間排距為900×900mm，Q500礦用高強(qiáng)螺紋鋼，屈服強(qiáng)度理論值18噸，實(shí)測值大于20噸，抗拉強(qiáng)度理論值22噸，實(shí)測值大于24噸；錨桿單泡讓壓管：17～20T；錨桿的預(yù)應(yīng)力4噸。c鳥窩錨索：長錨索的排距為2m，每排三根錨索。短錨索的排距為2m，每排兩根錨索。鳥窩錨索直徑：長18.9mm，長度8300mm；短18.9mm，長度4300mm；錨索雙泡讓壓管：RY21-25T；錨索的預(yù)應(yīng)力大于10噸（大于25MPa）。d表面控制：頂板采用W鋼帶、W鋼護(hù)板與金屬網(wǎng)進(jìn)行表面支護(hù)。W鋼帶規(guī)格為BHW270-2.75-5000mm，鋼護(hù)板規(guī)格為300×300×3.75mm。③高強(qiáng)度錨注一體化支護(hù)技術(shù)。為了解決巷道受采動(dòng)影響內(nèi)部裂隙多，圍巖強(qiáng)度降低的問題，在使用讓均壓錨桿錨索支護(hù)的基礎(chǔ)上，在頂、幫隔排施工高強(qiáng)度注漿錨桿代替該位置的支護(hù)錨桿。錨桿錨索具體參數(shù)如表1。④增大組合構(gòu)件的護(hù)頂、護(hù)幫面積。原有支護(hù)頂部采用16#圓鋼梯子梁鋼帶，錨桿托板為150×150mm鐵托板，頂幫破碎或壓力較大時(shí)，鋼帶易鉆頂，幫部托板易陷幫，失去護(hù)表構(gòu)件支護(hù)作用。優(yōu)化后頂部改為5mm厚的W280型W鋼帶，幫部采用5mm厚的W280型鋼護(hù)板，以增加護(hù)表和接觸面積。⑤做到錨桿、錨索伸縮量的匹配。羊場灣煤礦所有回采巷道均采用全錨支護(hù)，錨索采用17.8×8300mm鋼絞線錨索，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，頂板下沉量超過200mm，錨索要么拔斷，要么即失去支護(hù)作用。Φ20×2500mm長的螺紋鋼錨桿拉伸長度超過300mm。因此我們將錨索長度增加到10300mm，以增加錨索展性，盡量保證錨索、錨桿同時(shí)起到支護(hù)作用。⑥錨索施工角度的優(yōu)化。羊場灣回采巷道均沿著煤層頂板施工，長度為8300mm，垂直于巷道頂板施工。

3.1 支護(hù)材料的優(yōu)化 調(diào)整支護(hù)材質(zhì)是提高支護(hù)質(zhì)量的根本。改善支護(hù)材質(zhì)可以通過提高錨桿桿體、錨固劑、托盤、螺母的規(guī)格、材質(zhì)、性能、強(qiáng)度與結(jié)構(gòu)等方法，其支護(hù)材質(zhì)的匹配也是至關(guān)重要的。①桿體優(yōu)化。結(jié)合現(xiàn)場玻璃鋼錨桿被拉斷的情況，將頂錨桿優(yōu)化為φ20×2600mm的螺紋鋼錨桿，兩幫錨桿由玻璃鋼錨桿優(yōu)化為φ18×1800mm的端頭錨固圓鋼錨桿。②錨固長度優(yōu)化。通過增大錨桿直徑，適當(dāng)加長錨桿錨固長度提高錨桿的剛度，保證支護(hù)的可靠。③組合構(gòu)件優(yōu)化。通過托板、鋼帶等構(gòu)件可以實(shí)現(xiàn)錨桿預(yù)應(yīng)力的擴(kuò)散，擴(kuò)大預(yù)應(yīng)力的作用范圍，提高錨固體的整體剛度，保持其完整性，因此增加組合構(gòu)件的強(qiáng)度至關(guān)重要。

優(yōu)化后的巷道支護(hù)平面及斷面布置如圖1所示。

3.2 支護(hù)效果控制 ①嚴(yán)格控制巷道成形，主要采取光面爆破減少對(duì)圍巖的擾動(dòng)，以最大限度保持圍巖的原始結(jié)構(gòu)狀態(tài)。②保證支護(hù)的及時(shí)性，巷道圍巖一旦揭露立即進(jìn)行錨桿支護(hù)，避免大面積松動(dòng)區(qū)、塑性區(qū)的形成對(duì)錨桿支護(hù)質(zhì)量造成影響。③強(qiáng)化錨桿施工質(zhì)量，提高鉆孔角度，保證鉆孔深度和錨桿安裝質(zhì)量，確保錨桿發(fā)揮作用。④加強(qiáng)施工質(zhì)量，提高安裝水平。

4 結(jié)語

通過對(duì)大斷面煤錨支護(hù)巷道破壞失穩(wěn)原因分析，對(duì)回采巷道的支護(hù)方式進(jìn)行了合理優(yōu)化。實(shí)踐證明，優(yōu)化后的支護(hù)方案滿足了現(xiàn)場安全開采需要，在降低了回采巷道的維護(hù)量的同時(shí)，為礦井安全高效生產(chǎn)奠定了基礎(chǔ)，對(duì)寧東礦區(qū)相似條件下大斷面錨桿支護(hù)參數(shù)設(shè)計(jì)提供了可借鑒經(jīng)驗(yàn)。

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