超千米大斷面峒室群穿層錨網(wǎng)索注組合支護技術(shù)

李濤　盛丹丹

摘 要：根據(jù)地質(zhì)條件，分析了峒室群支護特點和難點，提出了支護系統(tǒng)的設(shè)計原則，研究了關(guān)鍵技術(shù)，實現(xiàn)了峒室群支護的安全、經(jīng)濟、可靠和快速的目標(biāo)。

關(guān)鍵詞：超千米；大斷面；峒室群；組合支護

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.04.112

1 礦井概況及地質(zhì)構(gòu)造

陳蠻莊煤礦煤層埋深達到580m～1460m，3400采區(qū)泵房變電所及水倉布置在-1140～-1148m標(biāo)高范圍，地應(yīng)力大，穿3煤施工、受構(gòu)造、褶曲影響嚴(yán)重，巷道掘進支護困難。地層區(qū)域上屬華北地層大區(qū)晉冀魯豫地層區(qū)魯西分區(qū)濟寧小區(qū)，區(qū)內(nèi)皆被厚約400～700m的第四系和新近系覆蓋，無基巖露頭。該區(qū)地層從老到新發(fā)育前寒武系、寒武系、奧陶系、石炭系、二疊系、侏羅系、古近系、新近系及第四系。3煤為焦煤，總厚度為4.0m，煤層結(jié)構(gòu)簡單，煤層傾角在15-24度，平均20度，煤層普氏硬度系數(shù)f=0.18。根據(jù)前期物探資料及巷道掘進實際揭露，煤巖層為單斜構(gòu)造，煤巖層傾角15°～24°，平均20°。該巷道掘進范圍位于一處3煤異常區(qū)內(nèi)，根據(jù)3400回風(fēng)下山、3404膠帶順槽及其它巷道實際揭露地質(zhì)資料，3煤異常區(qū)主要表現(xiàn)在3煤厚度異常區(qū)范圍內(nèi)逐漸變薄、分層、頂板較破碎、局部頂板有淋水。

2 峒室群支護條件和特點

2.1 地質(zhì)采礦條件特點

區(qū)域第四系和第三系地層厚度大，達600多米；煤田普遍埋深大，深部采區(qū)達580～1460m；地質(zhì)條件復(fù)雜、頂板易風(fēng)化，巷道易變形。峒室圍巖破碎；峒室斷面大（荒4900×5850mm，凈4500×5550mm）。

2.2 峒室支護難點

地壓大，變形大，要求錨桿系統(tǒng)必須有足夠的變形讓壓能力和強度； 必須及時控制峒室的初期變形，要求支護系統(tǒng)必須有足夠的安裝載荷；峒室圍巖為泥巖、粉砂巖和3煤組成，軟弱破碎，巖體強度較低；峒室過煤層、斷層頂板破碎不易支護。

2.3 峒室群巷道布置

3400泵房、變電所、水倉大斷面峒室群設(shè)計總長度430米。

3 支護系統(tǒng)的設(shè)計原則

根據(jù)陳蠻莊煤礦的頂板巖層條件，為了保證峒室頂板的穩(wěn)定性，支護系統(tǒng)應(yīng)滿足下列條件：

（1）安裝應(yīng)力（預(yù)應(yīng)力）：錨桿安裝應(yīng)力（預(yù)應(yīng)力）對主動支護體系-錨桿支護系統(tǒng)來說非常關(guān)鍵的，錨桿支護系統(tǒng)必須有充足的安裝應(yīng)力能夠防止頂板離層和松動圈的進一步發(fā)展。盡可能的控制頂板的早期變形。（2）錨桿的長度：錨桿的長度應(yīng)保證錨固在松動圈外的穩(wěn)定圍巖中。（3）錨桿的強度：錨桿的強度應(yīng)保證支護系統(tǒng)在峒室使用期間不破壞。（4）支護系統(tǒng)的可靠性：陳蠻莊煤層埋深大，在峒室掘進施工過程中，經(jīng)常發(fā)生動力現(xiàn)象。因此所確定的支護系統(tǒng)不僅應(yīng)具有足夠承載靜壓力的能力，而且還應(yīng)該具有承載動載荷的能力。（5）安全性：支護系統(tǒng)必須確保現(xiàn)場施工人員的安全和頂板控制的安全。（6）支護系統(tǒng)的有效性：支護系統(tǒng)必須確保能夠有效的控制峒室變形，確保峒室的安全使用。

4 關(guān)鍵技術(shù)

4.1 峒室及通道正常施工支護方式

采用錨網(wǎng)索噴（雙層鋼筋網(wǎng)）作為永久支護，分兩次進行支護：第一次初噴30-50mm，鋪設(shè)直徑6mm冷拔鋼筋焊制的金屬網(wǎng)，錨桿間排距為800×800mm，后進行復(fù)噴，復(fù)噴厚度50-80mm。然后進行第二次支護，鋪設(shè)直徑6mm冷拔鋼筋焊制的金屬網(wǎng)統(tǒng)一找形，第二次鋪網(wǎng)后打設(shè)錨桿間排距800×800mm，打設(shè)在第一次施工錨桿的對角線處。錨索間排距1800mm×1600mm，錨桿、錨索全部打設(shè)完成后再次噴漿，噴漿厚度50-80mm，噴砼強度C20，噴漿總厚度200mm。

4.2 峒室及通道穿煤層施工支護方式

采用錨網(wǎng)索噴（雙層鋼筋網(wǎng)）作為永久支護，分兩次進行支護：第一次初噴30mm，鋪設(shè)直徑6mm冷拔鋼筋焊制的金屬網(wǎng)，錨桿間排距均為600×600mm，后進行復(fù)噴，復(fù)噴厚度50mm。然后進行第二次支護，鋪設(shè)直徑6mm冷拔鋼筋焊制的金屬網(wǎng)統(tǒng)一找形，第二次鋪網(wǎng)后打設(shè)錨桿間排距600×600mm，打設(shè)在第一次施工錨桿的對角線處。錨索間排距1600mm×1200mm；第一根布置在巷道正拱頂處。錨桿、錨索全部打設(shè)完成后再次噴漿，噴漿厚度70mm，噴砼強度C20，噴漿總厚度150mm。

4.3 注漿錨索加固支護技術(shù)

巷道拱頂及兩墻自正拱頂向下呈放射形對稱布置注漿錨索（詳見各斷面支護圖），中空注漿錨索型號為?22×6300mm，錨索鉆孔孔徑?32mm，孔深為6000mm。巷道底板支設(shè)淺孔注漿錨桿、深孔注漿錨索加固，孔深2000mm，深孔注漿深孔錨索孔深6200mm。

5 支護創(chuàng)新性

（1）圍繞解決深井超千米高地壓大傾角不穩(wěn)定圍巖峒室群支護問題，國內(nèi)首創(chuàng)研究應(yīng)用了超強預(yù)應(yīng)力錨桿、錨索及噴漿雙層支護、注漿錨索加固聯(lián)合支護技術(shù)體系；（2）解決了單縣煤田和類似地質(zhì)采礦條件下深井超千米高地壓大傾角不穩(wěn)定圍巖峒室群穿層施工的支護技術(shù)問題；（3）該項目研究應(yīng)用的支護方式簡單可靠，減輕了工人的勞動強度，降低了支護成本，保證了安全生產(chǎn)，具有顯著的經(jīng)濟效益和社會效益；（4）對魯西南深井高地壓破碎圍巖峒室群支護技術(shù)具有實際指導(dǎo)意義。

6 主要技術(shù)成果

（1）應(yīng)用領(lǐng)域和技術(shù)原理：魯西南礦區(qū)厚沖積層深井、高地壓、軟巖層、穿層、峒室群支護領(lǐng)域。采用超強預(yù)應(yīng)力錨桿、錨索及噴漿雙層支護、注漿錨索加固技術(shù)，解決魯西南煤田深井、高地壓、軟巖層、穿層、峒室群支護問題；（2）成果的創(chuàng)造性、先進性：項目首次在深井、穿層峒室支護中，應(yīng)用了超強預(yù)應(yīng)力錨桿、錨索及噴漿雙層支護、注漿錨索加固聯(lián)合支護技術(shù)，該組合支護技術(shù)為國內(nèi)首創(chuàng)，綜合經(jīng)濟效益顯著；（3）作用意義：該項目有效解決了山東單縣煤田超千米深井破碎圍巖峒室的支護問題，具有顯著的經(jīng)濟效益和社會效益；（4）推廣應(yīng)用的范圍、條件和前景：該項目獲得的技術(shù)成果在山東單縣煤田和類似地質(zhì)采礦條件下的深井、高地壓和穿煤層峒室支護方面具有良好的推廣應(yīng)用前景。

7 結(jié)語

從系統(tǒng)設(shè)計、現(xiàn)場測試、系統(tǒng)評價到應(yīng)用效果分析，通過現(xiàn)場應(yīng)用效果分析表明，該組合支護新技術(shù)實現(xiàn)了該地質(zhì)條件下峒室支護的安全、經(jīng)濟、可靠和快速的目標(biāo)。

作者簡介：李濤（1985-），男，主要從事：專業(yè)技術(shù)工作。