錨網(wǎng)索帶梁聯(lián)合支護(hù)技術(shù)在孤島工作面小煤柱沿空掘巷中的應(yīng)用實(shí)踐

錢義楠

前言

孤島工作面及其周圍巷道應(yīng)力集中程度高，且在臨近采空區(qū)頂板活躍階段頂板運(yùn)動(dòng)較劇烈，其工作面兩巷的布置及支護(hù)方式對(duì)于安全開采尤其重要。文章以潘津工業(yè)煤礦2203孤島工作面沿空掘巷為施工技術(shù)背景，結(jié)合該礦的具體生產(chǎn)條件，確定了合理的支護(hù)方式和參數(shù)，采用錨網(wǎng)索帶聯(lián)合支護(hù)設(shè)計(jì)，制定了行之有效的礦壓觀測(cè)技術(shù)保障措施，解決了孤島工作面的掘進(jìn)和開采難題，確保巷道服務(wù)期間的安全穩(wěn)定，盡可能減少煤炭資源的損失，為類似條件下的支護(hù)設(shè)計(jì)提供了參考依據(jù)。

一、概述

潘津工業(yè)煤礦設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為90萬噸/年，目前正在回采首采區(qū)22號(hào)煤層，該采區(qū)為一單翼下山采區(qū)，共布置4個(gè)采煤工作面，依次為2201、2202、2203、2204綜采工作面。2202綜采工作面為首采工作面，2204綜采工作面為備采工作面，2203綜采工作面為22號(hào)煤采區(qū)唯一一個(gè)孤島工作面，因此掘進(jìn)期間采取合理有效的支護(hù)形式，對(duì)減少頂板事故保障安全生產(chǎn)提高資源回收，具有較大實(shí)際意義。

二、地質(zhì)條件及工程概況

22#煤層結(jié)構(gòu)簡單，煤層傾角12°～18°，平均15°，煤厚1.96～5.70m，平均煤厚3.9m，屬層位穩(wěn)定的中厚煤層。頂板為粉砂巖、細(xì)砂巖，灰色粉砂巖為直接頂板，膠結(jié)致密，細(xì)砂巖頂板膠結(jié)好。底板為粉砂巖，鈣泥質(zhì)膠結(jié)，性脆。根據(jù)煤層頂、底板巖石物理力學(xué)試驗(yàn)測(cè)試，天然狀態(tài)下，煤層頂板單項(xiàng)抗壓強(qiáng)度在11.00～34.70Mpa之間，底板在8.60～21.60Mpa之間，飽和狀態(tài)下，煤層頂板單項(xiàng)抗壓強(qiáng)度在0.30～7.50Mpa之間，底板在0.50～12.00Mpa之間。2203采煤工作面上下巷沿煤層頂板布置，埋藏深度為-123m～-242m，工作面走向長度為1200m，傾向長度為100m。北距2202采空區(qū)留設(shè)煤柱間距為8m，南距2204采煤工作面留設(shè)煤柱間距為8m。2203上巷為不規(guī)則斷面，凈寬3400mm，凈高2700mm;2203下巷前70m為皮帶機(jī)頭段，不規(guī)則斷面，凈寬4000mm，中心凈高2800mm，施工70m之后，變更3400mm依據(jù)不規(guī)則斷面進(jìn)行施工，凈高2600mm。

三、支護(hù)技術(shù)方案

結(jié)合煤礦開采方法要求，沿空掘巷的位置應(yīng)避開固定支撐壓力影響較大的區(qū)域，并且要求在采空區(qū)上覆巖層垮落穩(wěn)定之后才能開始掘進(jìn)。一般情況下掘進(jìn)與上區(qū)段采煤工作面之間的間隔時(shí)間不少于3個(gè)月，通常為4～6個(gè)月，個(gè)別情況要求8～10個(gè)月，堅(jiān)硬頂板比軟頂板所需間隔時(shí)間要長一些。2203上巷開口與2202工作面開采結(jié)束間隔為2個(gè)月，采空區(qū)垮落不穩(wěn)定。2203下巷開口期間2204綜采工作面已安裝完畢，預(yù)計(jì)掘進(jìn)至600m時(shí)與2204綜采工作面交匯，該巷道前600m為實(shí)體煤掘進(jìn)?？刂茋鷰r變形總體技術(shù)思路為：根據(jù)圍巖情況，采用錨網(wǎng)索帶聯(lián)合支護(hù)，并對(duì)支護(hù)承載結(jié)構(gòu)薄弱部位采取工字鋼+預(yù)應(yīng)力錨索加強(qiáng)支護(hù)，提高“支護(hù)—圍巖”承載結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，從而有效控制巷道圍巖的強(qiáng)烈變形，保證巷道長期穩(wěn)定。頂板支護(hù)：采用高強(qiáng)錨桿、預(yù)應(yīng)力錨索、鋼帶、鋼筋網(wǎng)。幫部支護(hù)：大部采用普通錨桿、菱形鐵絲網(wǎng)。幫部加強(qiáng)支護(hù)：當(dāng)2204綜采工作面與2203下巷交匯后對(duì)圍巖變形區(qū)段采用工字鋼+預(yù)應(yīng)力錨索聯(lián)合支護(hù)對(duì)煤體進(jìn)行進(jìn)一步加固，改善巷道的圍巖情況，提高巖體的完整性，提高圍巖自承載能力。

四、巷道具體支護(hù)參數(shù)

（一）幫部加強(qiáng)支護(hù)參數(shù)。錨索梁布置在2203下巷下幫，沿第二根幫部錨桿走向平行布置。幫部錨索梁間距為2000mm。采用一梁一索，長度為500mm。錨索梁采用礦用11號(hào)工字鋼加工。錨索采用規(guī)格為Ф15.20mm的鋼絞線加工，長度為3000mm，拉伸強(qiáng)度為1860Mpa，破斷負(fù)荷為275KN，伸長率Lo≥4.3%，松弛率≤2.5%，每根錨索使用MSCK2350錨固劑四支，鎖具規(guī)格為KM15-1860。錨索采用MS15-180型錨索張拉器加壓時(shí)壓力表讀數(shù)≥31.5MPa。

（二）巷道支護(hù)參數(shù)。1、頂部支護(hù)方式。頂板支護(hù)方式為錨網(wǎng)帶索。使用規(guī)格為Φ20×L2000mm的高強(qiáng)錨桿，每根錨桿使用MSCK2350錨固劑兩支。使用LDZ-200型錨桿拉力計(jì)測(cè)試時(shí)，壓力表讀數(shù)≥19MPa。使用扭矩扳手測(cè)試高強(qiáng)錨桿時(shí)，讀數(shù)≥150N·m。上巷使用鋼帶規(guī)格為3400×70mm，下巷鋼帶規(guī)格為4200×70mm，采用Φ16mm圓鋼雙面焊接。錨索沿巷道正中呈三花布置，間距3000mm，距采空區(qū)側(cè)幫部均為500mm。錨索采用規(guī)格為Ф15.20mm的鋼絞線加工，拉伸強(qiáng)度為1860Mpa，破斷負(fù)荷為275KN，伸長率Lo≥4.3%，松弛率≤2.5%，長度為3000mm，每根錨索使用MSCK2350錨固劑四支，鎖具規(guī)格為KM15-1860。錨索采用MS15-180型錨索張拉器加壓時(shí)壓力表讀數(shù)≥31.5MPa。每根錨索使用MSCK2350錨固劑四支。頂部掛鋼筋網(wǎng)，采用Ф4.5mm鋼筋焊接而成，鋼筋網(wǎng)規(guī)格長×寬為2000×1000mm2、幫部支護(hù)方式。兩幫支護(hù)方式為錨網(wǎng)。錨桿使用規(guī)格為Φ16×L1600mm的普通錨桿，每根錨桿使用MSCK2335錨固劑兩支。使用LDZ-200型錨桿拉力計(jì)檢測(cè)Φ16×L1600mm普通錨桿時(shí)，壓力表讀數(shù)≥14MPa。使用扭矩扳手測(cè)試Φ16×L1600mm普通錨桿螺母扭矩時(shí)，扭矩力讀數(shù)≥100N·m。幫部掛鋼絲網(wǎng)，鋼絲網(wǎng)規(guī)格為50000×900mm。

五、設(shè)備保障措施

沿采空區(qū)掘進(jìn)巷道時(shí)，為減少圍巖受爆破震動(dòng)影響，該工作面上、下順槽均采用機(jī)掘施工工藝，投入EBZ132型懸臂式掘進(jìn)機(jī)進(jìn)行掘進(jìn)，有效減少了爆破震動(dòng)對(duì)圍巖穩(wěn)定性的影響。

六、巷道圍巖移近量觀測(cè)分析

巷道掘進(jìn)期間在2203上、下巷每個(gè)100m安裝一組LBY-3型頂板離層儀監(jiān)測(cè)頂板巖層分離時(shí)所產(chǎn)生位移量，同時(shí)在2203下巷每隔50m設(shè)置一組移近量監(jiān)測(cè)站，跟蹤加強(qiáng)觀測(cè)圍巖及兩幫的變形規(guī)律。1、2203上巷頂板聯(lián)合支護(hù)形式對(duì)頂板控制效果良好，頂板離層值較小，巷道掘進(jìn)后期2203上巷頂板離層值最大為5mm，隨著掘進(jìn)不斷推移，頂板離層值保持6mm的離層值，說明支護(hù)方式和支護(hù)參數(shù)的選擇很合理，很好控制了頂板離層，且基本未出現(xiàn)巷道底鼓現(xiàn)象。2、2203下巷巷道掘進(jìn)后期頂板離層值最大為5mm，隨著掘進(jìn)不斷延伸，尤其在2203下巷與2204采煤工作面在600mm左右交匯處，頂板離層量和兩幫移近量變化明顯，其中頂板離層量最大達(dá)57mm，最終控制在57mm。巷道下幫最大移近量在53mm，上幫最大移近量在27mm。3、巷道掘進(jìn)后2203下巷底鼓量很大，最終巷道底鼓量達(dá)300mm，頂、底變形主要以巷道底鼓為主。

七、結(jié)語

通過掘進(jìn)期間圍巖變形情況得出，巷道掘進(jìn)在與回采工作面交匯前，必須采取措施加強(qiáng)支護(hù)方可加強(qiáng)頂板及兩幫管理。對(duì)2203孤島工作面通過采用基本錨網(wǎng)索帶，特殊地段采用幫部錨索梁支護(hù)技術(shù)，有效的增加了巷道圍巖強(qiáng)度，提高了承載結(jié)構(gòu)性能，礦壓觀測(cè)數(shù)據(jù)觀測(cè)表明，巷道頂、底板及兩幫變形均得到良好的控制，完全滿足回采需要。