大采深巷道耦合讓壓支護(hù)技術(shù)分析

張經(jīng)緯

（汾西礦業(yè)集團(tuán)公司水峪煤業(yè)， 山西 孝義 032300）

1 工程概況

3205工作面采用傾斜長(zhǎng)壁綜采放頂煤工藝，全部垮落法管理頂板。施工工藝為雙滾筒采煤機(jī)割煤，采高2.4 m，割煤深度為0.6 m，放煤高度為6.3 m，采放比為1∶2.6。放頂煤采用一刀一放，雙輪、間隔循環(huán)順序放煤，初次放煤步距為5 m，距停采線10 m時(shí)停止放頂煤。

3205工作面位于32采區(qū)中部，上起始于32采區(qū)集中皮帶巷，下至井田邊界煤柱線，隔條帶煤柱南、北為設(shè)計(jì)的3203、3206工作面，四周均為實(shí)體煤。

3205工作面所采煤層為下二疊系山西組34煤，位于山西組下部，距山西組底界10m左右，距三灰為50 m。煤層結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，煤層平均厚度為8.70 m，煤層穩(wěn)定，煤層傾角在 8°～11°之間，平均為 10°，屬緩傾斜煤層，內(nèi)生裂隙發(fā)育；煤層硬度系數(shù)f=2～4。根據(jù)3號(hào)煤層沖擊傾向性測(cè)定結(jié)果，煤層具有強(qiáng)沖擊傾向性。故工作面沖擊地壓危險(xiǎn)性受煤層性質(zhì)影響較大。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況及相鄰工作面頂板情況，確定3205工作面煤層頂?shù)装逡姳?。

表1 3205工作面煤層頂?shù)赘艣r

2 支護(hù)參數(shù)及施工工藝

2.1 錨桿索結(jié)構(gòu)

以整體耦合讓均壓支護(hù)理論出發(fā)，根據(jù)錨桿設(shè)計(jì)理論，設(shè)計(jì)錨桿索主要技術(shù)參數(shù)如下。

錨桿:采用高位讓均壓應(yīng)力顯示錨桿，選用D22-HB500高強(qiáng)鋼作為錨桿桿體，其屈服強(qiáng)度大于19 t，抗拉強(qiáng)度大于25 t:結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)及相關(guān)工作面錨桿參數(shù)初步錨桿長(zhǎng)度選擇為2 800 mm，直徑28 mm。

錨索:錨索類型為耦合高位讓均壓鳥窩快裝錨索，錨索長(zhǎng)度為5 300 mm，錨索直徑21.6 mm；錨索托盤為300 mm×300 mm×12 mm的高強(qiáng)球型托盤。

錨索讓均壓距離為30 mm，在地質(zhì)條件差變形壓力大的區(qū)域可以采用雙泡讓壓構(gòu)件，讓均壓距離達(dá)到50 mm。

2.2 支護(hù)參數(shù)

3205工作面順槽斷面形狀為直墻半圓拱形，巷道凈寬4 800 mm，墻高1 800 mm，拱高2 400 mm，S凈=17.69 m2，錨桿索+W鋼帶+金屬網(wǎng)支護(hù)。

頂板錨桿的安裝應(yīng)力為8 t，幫部錨桿的安裝應(yīng)力為6 t；每套錨桿采用2卷K2570的樹脂，其錨固長(zhǎng)度要達(dá)到1.0 m以上，錨固力大于25 t。

錨索安裝預(yù)應(yīng)力不低于12 t，錨索錨固力大于鋼絞線破斷力50 t；快速樹脂藥卷3只，Φ25 mm×700 mm。錨桿索的間排距都為700 mm×900 mm。

用W型鋼帶為了控制松散圍巖的脫落，采用焊接金屬網(wǎng)作為表面控制方式，鋼筋直徑為6.5 mm，網(wǎng)格尺寸為80 mm×80 mm。

2.3 超前支護(hù)及加強(qiáng)支護(hù)

軌道順槽:超前支護(hù)采用單體懸浮液壓支柱（3.15～4 m）配合π型長(zhǎng)梁（3.2 m）架棚支護(hù)，長(zhǎng)鋼梁沿巷道斷面方向布置，一梁三柱，棚距1 m，排距分別為1.8 m和1.0 m。

皮帶順槽:超前支護(hù)采用單體懸浮液壓支柱（3.15～4 m）配合 π 型長(zhǎng)鋼梁（3.4 m）架棚支護(hù)，長(zhǎng)鋼梁沿巷道斷面方向布置，一梁三柱，棚距1 m，排距分別為2.0 m和1.0 m（破碎機(jī)處柱距分別為2.1 m和0.9 m）。巷道壓力較大時(shí)可以適當(dāng)縮小棚距。超前支護(hù)距離不少于60 m。

端頭加強(qiáng)支護(hù):采用單體液壓支柱配合雙楔頂梁（1.2 m）和鉸接頂梁（1.2 m）進(jìn)行支護(hù)?？拷ぷ髅?zhèn)扔脝误w支柱配合雙楔頂梁進(jìn)行支護(hù)，靠近實(shí)體煤柱側(cè)用單體支柱配合鉸接頂梁進(jìn)行支護(hù)。

3 現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)

3.1 監(jiān)測(cè)內(nèi)容及方案

為全面檢驗(yàn)3205工作面順槽采用整體耦合讓均壓錨桿索支護(hù)系統(tǒng)支護(hù)的效果，監(jiān)控巷道所受到的動(dòng)壓影響，掌握圍巖的變形規(guī)律，以確定巷道的穩(wěn)定程度，以便及時(shí)采取措施。通過監(jiān)測(cè)來驗(yàn)證設(shè)計(jì)的合理性，檢驗(yàn)支護(hù)質(zhì)量，同時(shí)為修改設(shè)計(jì)提供科學(xué)依據(jù)，以便進(jìn)一步改善支護(hù)系統(tǒng)，對(duì)試驗(yàn)區(qū)需要進(jìn)行礦壓觀測(cè)[5]。監(jiān)測(cè)方案如下:

1）按正常的安裝步驟安裝了三根錨桿，在安裝約1 h后對(duì)其進(jìn)行了拉拔試驗(yàn)。

2）礦壓觀測(cè)共布置三個(gè)測(cè)點(diǎn)。

測(cè)站1:在工作面正常推進(jìn)后前方30 m處，監(jiān)測(cè)錨桿索受力狀態(tài)。

測(cè)站2:在工作面正常推進(jìn)后前方40 m處，監(jiān)測(cè)圍巖變形。

測(cè)站3:在工作面正常推進(jìn)后前方50 m處，監(jiān)測(cè)圍巖變形。

3.2 監(jiān)測(cè)結(jié)果分析

3.2.1 錨桿拉拔力監(jiān)測(cè)結(jié)果

試驗(yàn)數(shù)據(jù)繪制成曲線如圖1～3所示。

圖1 l號(hào)錨桿拉拔試驗(yàn)載荷、錨桿頭位移關(guān)系

圖2 2號(hào)錨桿拉拔試驗(yàn)載荷、錨桿頭位移關(guān)系

圖3 3號(hào)錨桿拉拔試驗(yàn)載荷、錨桿頭位移關(guān)系

現(xiàn)場(chǎng)拉拔錨桿試驗(yàn)過程中，記錄了1號(hào)、2號(hào)、3號(hào)錨桿全過程的位移。通過圖可以看到，在錨桿拉力為8 t前錨桿基本沒有變形，說明的錨桿的安裝應(yīng)力達(dá)到了8 t。在拉力為21 t之前，桿體變形曲線基本成線性變化。說明錨桿桿體和樹脂處于良好狀態(tài)，桿體處于彈性狀態(tài)，樹脂和托盤都滿足要求，錨桿整體表現(xiàn)沒有問題。通過實(shí)驗(yàn)可以看出，目前使用的錨桿可以施加高安裝應(yīng)力，這可以充分發(fā)揮錨桿性能并有效地控制頂板早期變形。對(duì)于巷道埋藏深，層理發(fā)育，以及破碎復(fù)雜地質(zhì)條件下，錨桿的高安裝應(yīng)力能有效地控制巷道圍巖早期變形。

3.2.2 礦壓觀測(cè)數(shù)據(jù)

1）測(cè)站1位于距巷道試驗(yàn)開始點(diǎn)30 m處，監(jiān)測(cè)錨桿、錨索受力狀態(tài)；根據(jù)原始觀測(cè)數(shù)據(jù)，錨桿受力趨勢(shì)分析如圖4所示。

圖4 錨桿載荷變化曲線

通過錨桿載荷變化曲線可以，巷道初期，錨桿受力基本呈上升趨勢(shì)，隨后巷道壓力基本保持穩(wěn)定，說明巷道受力處于穩(wěn)定狀態(tài)。

2）測(cè)站2位于距巷道試驗(yàn)開始點(diǎn)40 m處監(jiān)測(cè)圍巖變形。

觀測(cè)曲線如下頁圖5所示，可以看出:頂板穩(wěn)定變形達(dá)到20 mm，在可接受范圍之內(nèi)，兩幫位移達(dá)到120 mm，左幫移近量達(dá)52 mm，右?guī)鸵平窟_(dá)70 mm，在可接受的范圍內(nèi)。另外，從巷道掘進(jìn)過程中及掘進(jìn)結(jié)束兩個(gè)時(shí)間段可以看出，在掘進(jìn)過程中，巷道變形基本呈線性變化，在巷道掘進(jìn)結(jié)束后變形基本穩(wěn)定，說明目前支護(hù)系統(tǒng)有效控制了圍巖變形，支護(hù)設(shè)計(jì)是有效的。

圖5 測(cè)站2圍巖移動(dòng)規(guī)律曲線

3）測(cè)站3位于距巷道試驗(yàn)開始點(diǎn)50 m處，觀測(cè)圍巖變形。

根據(jù)原始觀測(cè)數(shù)據(jù)，圍巖變形趨勢(shì)如圖6所示?？梢钥闯?頂板穩(wěn)定變形達(dá)到16 mm，在可接受范圍之內(nèi)；兩幫位移達(dá)到94 mm，左幫移近量42 mm，右?guī)鸵平?2 mm，在可接受的范圍內(nèi)。從圍巖變形觀測(cè)數(shù)據(jù)及圖表可以看出，隨巷道掘進(jìn)結(jié)束后，圍巖變形逐步趨于穩(wěn)定，說明支護(hù)設(shè)計(jì)是有效的。

圖6 測(cè)站3圍巖移動(dòng)規(guī)律曲線

根據(jù)以上的觀測(cè)結(jié)果及現(xiàn)場(chǎng)勘驗(yàn)分析，可以得到如下結(jié)論:

1）保證了錨桿的安裝預(yù)緊力達(dá)到了6 t以上，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)巷道圍巖早期變形及離層的控制，保證巷道圍巖形成一個(gè)組合梁，充分發(fā)揮圍巖的自承載能力，以實(shí)現(xiàn)錨桿主動(dòng)支護(hù)的效果。

2）耦合讓均壓支護(hù)系統(tǒng)保證了支護(hù)系統(tǒng)適應(yīng)圍巖變形特性，以保證錨桿在一定噸位上穩(wěn)定讓壓以保證每根錨桿受力均勻和防止錨桿破斷，也就是先支護(hù)后讓壓。讓壓距離的大小控制保證了圍巖穩(wěn)定。

根據(jù)以上分析也可以證明，高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力顯示讓均壓錨桿和讓壓錨索支護(hù)系統(tǒng)完全可以適應(yīng)3205大采深工作面順槽的支護(hù)要求，支護(hù)效果良好。

4 結(jié)語

文中基于3205大采深工作面工況條件，提出了基于大采深高應(yīng)力環(huán)境下沖擊地壓的類型“高應(yīng)力-擾動(dòng)”型沖擊地壓；基于緩抗震理念，提出了深部巷道防沖的整體耦合讓均壓支護(hù)技術(shù)，論證了其在深部沖擊巷道支護(hù)的優(yōu)勢(shì)。

整體耦合讓均壓支護(hù)技術(shù)在3205工作面的防沖支護(hù)中，效果明顯。能否用于其他地質(zhì)條件，以及其他相關(guān)大變形巷道的支護(hù)有待于進(jìn)一步的驗(yàn)證。

（編輯：白龍）