臨近采空區(qū)側(cè)巷道支護(hù)技術(shù)的研究與應(yīng)用

王革良 趙順利

摘 要：在地下煤巖進(jìn)行采掘活動(dòng)過程中，勢(shì)必對(duì)回采工作面周圍煤、巖體中和其中的支護(hù)物上所產(chǎn)生新的應(yīng)力現(xiàn)象，出現(xiàn)如頂板下沉，底板鼓起，巷道變形后斷面縮小等情況的發(fā)生。因此，巷道支護(hù)設(shè)計(jì)的科學(xué)性與合理性直接關(guān)系到錨桿支護(hù)工程的質(zhì)量?jī)?yōu)劣。針對(duì)N2722工作面運(yùn)順靠近N2711采空區(qū)的實(shí)際情況，在現(xiàn)有的錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上，對(duì)N2722工作面靠采空區(qū)側(cè)巷道頂板采用φ28.6×6000的粗錨索和幫采用短錨索+錨桿+舊鋼絲繩聯(lián)合支護(hù)設(shè)計(jì)，較好的解決了靠采空區(qū)側(cè)巷道幫收斂量大，不宜維護(hù)的情況。減輕了邊回采邊劈幫的現(xiàn)狀，取得了令人滿意的效果。

關(guān)鍵詞：巷道；錨桿；錨索支護(hù)；應(yīng)用

1 概述

錨桿支護(hù)目前仍然是一種有效的、技術(shù)經(jīng)濟(jì)優(yōu)越的巷道支護(hù)方式。采用錨桿支護(hù)的優(yōu)點(diǎn)是支護(hù)成本較低、成巷速度快、勞動(dòng)強(qiáng)度減輕、提高了巷道斷面的利用率、簡(jiǎn)化回采面端頭維護(hù)工藝、明顯改善作業(yè)環(huán)境和安全生產(chǎn)條件等優(yōu)點(diǎn)，可提高礦井的經(jīng)濟(jì)效益，因而成為礦井巷道的一種主要支護(hù)形式。也代表了煤礦巷道支護(hù)技術(shù)的主要發(fā)展方向。錨桿支護(hù)可大幅度的降低巷道支護(hù)維修費(fèi)用，提高巷道掘進(jìn)速度和生產(chǎn)效率；在巷道跨度增大時(shí)，即在大跨度巷道的情況下，單純用錨桿對(duì)巷道進(jìn)行支護(hù)可能會(huì)引起巷道頂板在一定高度范圍內(nèi)整體垮落，在這種情況下可以進(jìn)行“錨桿+錨索”聯(lián)合支護(hù)，可將整個(gè)潛在冒落范圍內(nèi)的巖層懸吊在較穩(wěn)定的巖層中，從而使得該巷道頂板處于穩(wěn)定狀態(tài)。預(yù)應(yīng)力錨索支護(hù)除能夠起到普通錨桿的懸吊作用、組合梁作用、組合拱作用外，還能對(duì)巷道圍巖進(jìn)行深部錨固，在實(shí)際應(yīng)用中往往錨桿與錨索配合使用。

1.1 錨桿支護(hù)的原理

錨桿支護(hù)主要由錨桿、錨固件、金屬網(wǎng)和鋼帶組成。錨桿構(gòu)件主要提供抗拉和抗剪作用，錨桿通過錨固劑將鉆孔孔壁巖石與桿體粘接在一起。對(duì)于端部錨固錨桿，錨固劑的作用在于提供粘結(jié)力，使錨桿能承受一定的拉力。錨桿拉力除錨固端外，延長(zhǎng)度方向是均勻分布的。由于錨桿與鉆孔間有較大空隙，所以錨桿的抗剪能力只有在巖層發(fā)生較大錯(cuò)動(dòng)后才能發(fā)揮出來； 金屬網(wǎng)的主要作用是維護(hù)錨桿間的圍巖，防止松動(dòng)巖塊掉落。金屬網(wǎng)所能承受松散巖石的載荷與錨桿間距密切相關(guān)；鋼帶的作用除可以防止錨桿間的松動(dòng)巖塊掉落外，還可均衡錨桿受力，改善頂板巖層應(yīng)力狀態(tài)，與錨桿共同形成組合支護(hù)系統(tǒng)，增加圍巖的穩(wěn)定性。

1.2 錨索作用機(jī)理

錨索支護(hù)基于錨桿支護(hù)原理中的懸吊理論，再增加適當(dāng)大小的預(yù)應(yīng)力，支護(hù)后圍巖不至形成離層脫落，確保圍巖穩(wěn)定，是一種傳遞主體結(jié)構(gòu)的支護(hù)應(yīng)力到深部穩(wěn)定巖層的主動(dòng)支護(hù)方式。

錨索的作用主要是將錨桿支護(hù)形成的次生承載層與圍巖的關(guān)鍵承載層相連，提高次生承載層的穩(wěn)定性。同時(shí)，由于錨索可施加較大的預(yù)緊力，可擠緊巖層中的層理、節(jié)理、裂隙等不連續(xù)面，增加不連續(xù)面之間的摩擦力，從而提高圍巖的整體強(qiáng)度。

目前，煤巷支護(hù)設(shè)計(jì)方法大致分為三類，即工程類比法、理論計(jì)算法及實(shí)例法。其中：工程類比法是當(dāng)前應(yīng)用較廣的方法。它是根據(jù)已經(jīng)支護(hù)的類似工程的經(jīng)驗(yàn)，通過工程類比，直接提出支護(hù)參數(shù)。

2 現(xiàn)有工作面支護(hù)設(shè)計(jì)分析

利用以往的礦壓監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可以看出：

采用目前的支護(hù)形式對(duì)正常工作面支護(hù)基本能滿足回采安全要求，工作面靠采空區(qū)一側(cè)布置時(shí)，未采取補(bǔ)強(qiáng)措施的巷道底鼓嚴(yán)重，最大的底鼓量可達(dá)1000mm；兩幫收斂量最大達(dá)1500mm，個(gè)別數(shù)據(jù)點(diǎn)出現(xiàn)突變，通過現(xiàn)場(chǎng)的監(jiān)測(cè)，兩幫的變形主要以采空區(qū)側(cè)幫為主；頂板下沉不明顯，數(shù)據(jù)變化平穩(wěn)。處于向斜軸部的巷道變形嚴(yán)重，底鼓及頂板下沉明顯，數(shù)據(jù)說明地質(zhì)構(gòu)造對(duì)巷道圍巖的受力狀態(tài)及變形分布有著較大的影響?；夭蛇^程中需要專門隊(duì)伍進(jìn)行劈幫和拉底。

另外，巷道寬度采用5500mm或4800mm時(shí)，兩幫收斂的效果基本是一樣的，說明工作面回采時(shí)主要的應(yīng)力來自采空區(qū)側(cè)，即采空區(qū)側(cè)的頂部巖層尚未充分冒落壓實(shí)，開始回采下一個(gè)工作面，新工作面的頂部巖層隨采動(dòng)冒落后，與舊的采空區(qū)頂部巖層部分冒落形成新的圍巖應(yīng)力平衡，主要反映在水平方向上，即應(yīng)力由老采空區(qū)向新的采空區(qū)傳遞。應(yīng)力傳遞的結(jié)果是，由于巷道頂板采用錨桿+錨索聯(lián)合支護(hù)，并且錨索布置數(shù)量較多，應(yīng)力只有從靠近采空區(qū)側(cè)的幫和地板釋放，造成兩幫收斂量大和底鼓變形較為嚴(yán)重，回采時(shí)必須進(jìn)行劈幫和拉底才能正常生產(chǎn)。

因此，對(duì)工作面靠近采空區(qū)一側(cè)布置的巷道必須采取補(bǔ)強(qiáng)措施，才能徹底解決回采過程中出現(xiàn)的兩幫收斂量大和底鼓嚴(yán)重的問題。

3 工作面概況

N2722工作面位于北二采區(qū)七層，走向1270m，切眼長(zhǎng)236m，設(shè)計(jì)可采儲(chǔ)量89萬t。工作面南部為北二采區(qū)七層中巷，北部與大明煤礦井田邊界相鄰，西部為未采動(dòng)區(qū)。工作面煤層整體呈向斜構(gòu)造，煤厚1.90～2.70m，平均2.3m。煤種為長(zhǎng)焰煤，硬度2～3。

頂?shù)装鍘r性：直接頂為粉砂巖、細(xì)砂巖，平均厚度5.63m，細(xì)砂巖與粉砂巖水平層理發(fā)育。老頂為粗砂巖，平均厚度為6.54m，灰白色、無層理、硬度大、含水。直接底為粉砂巖，平均厚度4.54m，深灰色、泥質(zhì)膠結(jié)、含植物化石。N2722工作面布置平面圖見圖1。

圖1 N2722工作面布置平面圖

4 工作面原有支護(hù)設(shè)計(jì)

4.1 確定巷道支護(hù)型式

根據(jù)N2722回采工作面綜合柱狀分析，直接頂為砂質(zhì)泥巖，平均厚度5.63m；老頂為粗砂巖，平均厚度6.54m。屬較穩(wěn)定巖層，適合錨網(wǎng)支護(hù)。根據(jù)鄰近七層皮帶中巷、軌道中巷的支護(hù)經(jīng)驗(yàn)，初步確定采用矩形斷面，錨桿+金屬網(wǎng)+錨索聯(lián)合支護(hù)。

4.2 巷道支護(hù)參數(shù)設(shè)計(jì)

采用類比法合理選擇支護(hù)參數(shù)：根據(jù)鄰近皮帶中巷、入風(fēng)中巷的支護(hù)經(jīng)驗(yàn)，運(yùn)順頂錨桿選用M22×2200mm的螺紋鋼等強(qiáng)錨桿，錨桿間距900mm，排距900mm，錨固劑選用CKM23120×1。幫錨桿選用φ18×1800mm的螺紋鋼等強(qiáng)錨桿，間距1000mm，排距900mm，錨固劑選用CK2360×1，錨索選用φ21.8×6000mm鋼絞線，間距1800mm，排距1800mm，錨固劑選用CKM23120×1，布置形式見斷面圖。見圖2。

5 支護(hù)補(bǔ)強(qiáng)

N2722工作面運(yùn)順靠近N2711采空區(qū)，頂?shù)装鍘r性主要以砂質(zhì)泥巖為主，并且N2711工作面回采結(jié)束時(shí)間較短，工作面之間煤柱預(yù)留5m，預(yù)計(jì)回采時(shí)受采空區(qū)采動(dòng)影響較大，受采空區(qū)應(yīng)力影響較大的位置主要為從頂板往下1/3的區(qū)域。為減少N2711采空區(qū)對(duì)N2722工作面回采期間的影響，故在原有支護(hù)的基礎(chǔ)上對(duì)巷道增加補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)設(shè)計(jì)。補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)及幫支護(hù)設(shè)計(jì)見圖3。

（1）頂錨索由原？覫21.8×6000mm調(diào)整為？覫28.6×6000mm，錨索間距由1800mm調(diào)整為2700mm。在工作面運(yùn)順靠采空區(qū)一側(cè)幫施工？覫21.8×4000mm短錨索，距頂板1300mm。錨索施工角度為60°，錨索排距1800mm，錨固劑使用CKZ23120×1。（2）工作面運(yùn)順下幫各錨桿之間使用？覫15.5破2股舊鋼絲繩連接。

6 施工工藝及措施

（1）支護(hù)要求錨桿、錨索達(dá)到預(yù)緊力及錨固力要求；網(wǎng)片展緊、貼幫；錨桿、錨索錨固長(zhǎng)度、外露長(zhǎng)度，幫、頂錨桿、錨索間、排距、角度符合要求。（2）先施工頂錨桿（索），再施工幫錨桿（索）。錨桿（索）間排距按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行布置。幫錨桿纏繞舊鋼絲繩隨施工進(jìn)度進(jìn)行。（3）錨桿（索）施工順序：鉆孔、裝錨固劑、裝錨桿（鋼絞線）、攪拌、上托盤、預(yù)緊（鎖緊）。（4）打錨桿（索）眼時(shí)，鉆機(jī)必須放穩(wěn)，開始鉆進(jìn)時(shí)，氣腿要緩慢升起，領(lǐng)釬人在鉆進(jìn)50mm時(shí)，方可撤離，換釬時(shí)待鉆機(jī)完全停止時(shí)，方可換釬，嚴(yán)禁突然加大風(fēng)量造成折斷釬桿現(xiàn)象發(fā)生。（5）裝錨桿（鋼絞線）錨固時(shí)，先用錨桿（鋼絞線）把兩個(gè)錨固劑送到眼內(nèi)再把錨桿（鋼絞線）固定到注眼器內(nèi)，注眼器與錨桿（鋼絞線）必須固定牢固。（6）錨固時(shí)氣腿要緩慢升起，轉(zhuǎn)動(dòng)錨桿（鋼絞線）、將錨桿（鋼絞線）外露40～60mm（200～300mm），按規(guī)定時(shí)間攪拌后預(yù)緊（鎖緊）。（7）鋼絲繩必須拉緊貼幫并纏繞到幫錨桿上，然后加錨桿托盤進(jìn)行緊固。

7 效果評(píng)價(jià)

（1）工作面靠采空區(qū)一側(cè)布置的巷道頂板采用？覫28.6粗錨索，幫增加？覫21.8短錨索和鋼絲繩聯(lián)合支護(hù)后，效果十分明顯。工作面目前已回采700m，通過現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際觀測(cè)，下幫收斂量控制在500mm以內(nèi)，工作面回采過程中不需要劈下幫。節(jié)省了劈幫工程量，降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。（2）在現(xiàn)有錨桿與錨索聯(lián)合支護(hù)的基礎(chǔ)上，加強(qiáng)靠近采空區(qū)一側(cè)巷道整體支護(hù)強(qiáng)度，尤其是粗錨索的應(yīng)用，對(duì)預(yù)防巷道頂板下沉量過大和靠采空區(qū)一側(cè)幫收斂具有積極作用。（3）靠采空區(qū)一側(cè)巷道幫增加短錨索與頂板施工粗錨索組合支護(hù)可有效控制淺部巖層離層，將破碎巖體與頂部圍巖聯(lián)成一個(gè)整體，可充分發(fā)揮圍巖的承載能力，有效控制圍巖變形。

作者簡(jiǎn)介：王革良（1968-），男，畢業(yè)于黑龍江礦業(yè)學(xué)院采礦專業(yè)，高級(jí)工程師，現(xiàn)從事采礦管理。