復合頂板大斷面煤巷錨網(wǎng)索梁支護技術(shù)研究與應用

陳泉建

(平頂山天安煤業(yè)股份有限公司六礦,河南省平頂山市,467000)

復合頂板大斷面煤巷錨網(wǎng)索梁支護技術(shù)研究與應用

陳泉建

(平頂山天安煤業(yè)股份有限公司六礦,河南省平頂山市,467000)

平煤股份六礦戊9－10－22180工作面外段風巷斷面大,頂板為高應力小巖柱煤巖互層復合頂板,針對風巷巖層特點采用錨網(wǎng)索梁聯(lián)合支護。介紹了錨網(wǎng)索梁支護的方案設計、技術(shù)關鍵。通過在多段巷道試驗,取得了良好的效果。

煤巖互層 復合頂板 大斷面煤巷 錨網(wǎng)索梁支護

平煤集團以往復合頂板支護采用傳統(tǒng)的鋼架棚支護或錨網(wǎng)索與架棚聯(lián)合支護。前者由于支護強度低,往往在采面移交前拱形棚已被壓壞,二次返修投入成本較高,而且在回采過程超前替棚困難,嚴重制約了高產(chǎn)高效;后者雖然一定程度上解決了支護問題,但回采時仍需超前替棚,采煤工效低。為解決巷道大斷面、復合頂板支護問題,探索了小巖柱煤巖互層復合頂板巷道采用錨網(wǎng)索梁支護技術(shù),該技術(shù)先后在丁6－21090機巷、戊9－10－22310機巷、戊9－10－22310中間巷、戊9－10－22180風巷外段等地點進行了試驗,取得了良好的支護效果,本文介紹了在戊9－10－22180風巷外段小巖柱煤巖互層復合頂板采用錨網(wǎng)索梁支護技術(shù)情況。

1 工程概況

戊9－10－22180風巷垂深840～927m,設計長度2090 m,風巷外段540 m沿戊10煤層頂板施工,巷道布置見圖1。

巷道(豎直方向)上部為戊8－22180采空區(qū),回采結(jié)束已5年。戊9－10－22180風巷外段戊10煤層厚2.8～3.0 m,煤層傾角8°～10°,上覆巖(煤)層依次為厚1.0～2.6 m的砂質(zhì)泥巖(煤層間巖柱),普式硬度系數(shù)為3;厚0.2～0.4 m的戊9煤層,普式硬度系數(shù)為1.0;厚1.2～3 m的砂質(zhì)泥巖(煤層間巖柱),普式硬度系數(shù)為3;厚2.5～3.1 m戊8煤層,普式硬度系數(shù)為1.5;戊8煤層頂板為砂質(zhì)泥巖,普式硬度系數(shù)為3。巷道設計凈寬5.0 m,凈高3.2 m,凈斷面16 m2,是典型的高應力小巖柱煤巖互層復合頂板大斷面巷道。

圖1 巷道平面布置圖

2 支護方案設計

戊9－10－22180風巷外段開挖后,由于煤巖互層復合頂板穩(wěn)定性差,變形量大,直接頂因彎曲變形與基本頂分離,應首先采用錨桿網(wǎng)＋鋼筋梯子梁組合支護,并提高錨桿的預緊力,以此對頂板下部巖層及軟弱煤層進行約束加固,使圍巖處于受壓狀態(tài),在錨固范圍內(nèi)形成第一層組合梁,可加大對頂板的控制范圍,提高巖體自身的強度和穩(wěn)定性,從而使巷道淺部的圍巖與錨桿、鋼筋梯子梁形成一個整體。高預緊力錨桿給巖體變形預留一定的變形量,便于圍巖應力進一步釋放,達到將直接頂擠壓并懸吊在基本頂上、減少和限制直接頂?shù)南鲁?、離層的目的。

其次,使用預應力錨索將圍巖與錨桿、鋼筋梯子梁所形成的整體牢固地錨固在穩(wěn)定的巖層中,起到補強作用,這樣對頂板深部錨固產(chǎn)生的懸吊作用更強,以減緩頂板下沉,將淺部巖體與深部巖體融為一體,使圍巖發(fā)揮更大的承載作用,更加有效地減少頂板離層,提高巷道承載能力。

第三,如果想要戊9－10－22180風巷外段取得良好的支護效果,還需要解決錨網(wǎng)、鋼筋梯子梁與錨索聯(lián)合形成的組合梁的可靠性、懸吊基點的錨固力和加固拱的完整性及穩(wěn)定性問題,則采取錨索梁固定錨索以增加錨索支護的整體性和支護強度,同時增加錨索張拉預應力以提高互層之間的粘合力;又由于頂板以上2.6 m位置處于戊9－10夾矸范圍內(nèi),夾矸穩(wěn)定性極差,可用錨索梁補強錨固并增加組合梁的厚度和強度,同時還要強力護表,防止局部破壞;巷道開挖后及時支護,充分利用各互層之間原始的粘合力,防止離層之后原始粘合力減小或破壞。

3 錨索網(wǎng)支護參數(shù)確定

戊9－10－22180風巷外段錨桿、錨索有效長度計算方法選擇普氏自然平衡拱理論進行計算,具體計算公式可參照相關文獻,此處不再詳述。依據(jù)相應的理論計算公式分別對預應力錨桿和錨索的長度進行校核計算,計算可知錨桿長度要大于2.4 m,間排距為0.8 m,錨索長度要大于6.0 m,且單個錨索的加固范圍以錨索為中心、半徑約1.6 m的圓形區(qū)域。

根據(jù)工程類比法并參照鄰近巷道支護狀況,確定了戊9－10－22180風巷外段的支護參數(shù)。

(1)巷道頂板采用錨網(wǎng)、鋼筋梯子梁、錨索梁聯(lián)合支護,錨桿規(guī)格為?22 mm×2600 mm高強錨桿,錨桿間排距800 mm×800 mm,配以由直徑4 mm的冷拔鋼絲加工成的、網(wǎng)格尺寸為50 mm的金屬網(wǎng),并用鋼筋梯子梁連接加固錨桿;錨桿錨固采用MSCK2335型樹脂錨固劑1支及MSK2335型樹脂錨固劑2支,預緊扭矩不低于320 N·m,錨固力不低于150 k N,確?；又g形成的組合梁結(jié)構(gòu)的可靠性。沿巷道走向方向打設3排規(guī)格為?21.6 mm×8000 mm錨索,用廢舊U型鋼加工成長度為2 m的梁將錨索張拉在梁上從而組成錨索梁,縱向前后連鎖,錨索錨固采用MSCK2335型樹脂錨固劑2支及MSK2335型樹脂錨固劑4支,拉力不小于200 k N。錨索梁與鋼筋梯子梁垂直布置,形成網(wǎng)格。戊9－10－22180風巷外段支護參數(shù)如圖2所示。

巷道兩幫采用錨桿支護和金屬網(wǎng)護表,幫錨桿規(guī)格同頂板錨桿,間排距為700 mm×800 mm,金屬網(wǎng)規(guī)格與頂板金屬網(wǎng)規(guī)格相同,錨桿錨固采用MSCK2335型和MSK2335型樹脂錨固劑各1支,預緊力不低于320 N·m,錨固力不低于150 k N,鋪網(wǎng)時要求鋪網(wǎng)平整,金屬網(wǎng)搭接部分大于100 mm,每隔200 mm用14＃鐵絲綁扎,且搭接部分要有錨桿穿過,并用錨盤壓緊,使鋼筋網(wǎng)緊貼巖面或煤壁。

圖2 戊9－10－22180風巷外段支護參數(shù)

4 礦壓監(jiān)測

利用CMSW6(A)型錨桿(索)無損檢測儀實測錨桿、錨索預緊力及受力狀態(tài),通過十字位移測點監(jiān)測巷道收斂變形情況;采用YTJ20型巖層探測記錄儀、頂板離層儀及時監(jiān)控頂板松動、離層情況,離層達到經(jīng)驗值(50 mm)以上,立即采取補套36U拱形棚子補救。

采用YTJ20型巖層探測記錄儀對頂板巖性及頂板離層探測,方法是自戊9－10－22180風巷外段開口位置起沿巷道走向每隔100 m,在頂板中間施工1個直徑32 mm、深度8 m的探孔,探孔施工好后,用YTJ20型巖層探測記錄儀對探孔進行窺視。探孔表明巷道頂板向上1.5 m處見0.2 m厚戊9煤層,上覆2.9 m處見戊8煤層底板,戊8煤層厚2.5 m處、4.4 m處和戊8煤層頂板及以上6.0～8 m范圍段內(nèi)頂板巖性較好,探孔各巖層間未出現(xiàn)裂隙。試驗進一步驗證了采用2.6 m錨桿和6.5 m錨索可錨固在穩(wěn)定巖層中,6.5 m長錨索張拉強度可達到45 MPa以上。經(jīng)過連續(xù)觀測探孔煤巖互層變化情況,判斷巷道頂板無離層現(xiàn)象。

5 支護效果

戊9－10－22180風巷外段采用錨網(wǎng)、鋼筋梯子梁、錨索梁聯(lián)合支護后,經(jīng)過為期8個月的巖層探測,未發(fā)現(xiàn)鉆孔巖壁有裂紋和離層現(xiàn)象。掘進期間巷道頂板下沉量最大23 mm,下沉速率平均1.3 mm/d;巷幫位移量最大70.1 mm,位移速率平均1.52 mm/d;巷道頂板深部下沉量0 mm,頂板淺部最大下沉量28 mm,平均23 mm;錨桿最大受力8.6 t,平均受力8.1 t?；夭善陂g巷道頂板最大下沉量97.5 mm,平均下沉量78 mm,下沉速率平均7.1 mm/d;巷幫位移量最大216.5 mm,平均位移量186.7 mm,平均位移速率4.43 mm/d。

掘進期間凈斷面16 m2,回采期間由于采動影響,巷道局部出現(xiàn)收縮,斷面可保證在13.2 m2以上。實事證明,回采期間的巷道有效斷面不小于掘進設計斷面的80%,說明高應力小巖柱煤巖互層復合頂板巷道采用高預應力錨桿、鋼筋梯子梁、錨索梁聯(lián)合支護可行,設計支護參數(shù)科學合理。

6 結(jié)論

戊9－10－22180風巷外段高應力小巖柱煤巖互層復合頂板采用錨網(wǎng)＋鋼筋梯子梁＋錨索梁聯(lián)合支護效果良好,完全可以代替架棚支護。采用高預緊力、大錨固力錨桿,可提高巖層間自身的粘合力,提高組合梁的強度;錨索補強、再加上強力護表和錨索梁,既能將下部煤巖互層懸吊于穩(wěn)定的頂板中,又能補強圍巖表層抗壓性能,如此形成一個較為強大的承載體,具有良好的支護效果,可以滿足高應力小巖柱煤巖互層復合頂板大斷面煤巷支護要求。

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Research and application of bolt-mesh-cable-beam supporting technology for large-section coal roadway with compound roof

Chen Quanjian
(No.6 Coal Mine,Pingdingshan Tian＇an Coal Industry Co.,Ltd.,Pingdingshan,Henan 467000,China)

The large-section outer segment of airway ofⅤ9－10－22180 working face in No.6 Coal Mine of Pingdingshan Tian＇an Coal Industry Co.,Ltd.had coal-rock alternating compound roof with high-stress rock pillar,aiming at the rock stratum characteristics of airway,bolt-meshcable-beam combined supporting technology was adopted,and its schematic design and key technology were introduced,which achieved preferable effects in several roadway tests.

coal-rock alternation,compound roof,large-section coal roadway,bolt-mesh-cable-beam supporting

TD353

A

陳泉建(1969－),男,河南南陽人,高級工程師,中國煤炭工業(yè)協(xié)會支護專業(yè)委員會聘任支護專家,現(xiàn)任平煤股份六礦開掘副總工程師,主要從事開掘技術(shù)和管理工作。

(責任編輯 張毅玲)

陳泉建.復合頂板大斷面煤巷錨網(wǎng)索梁支護技術(shù)研究與應用[J].中國煤炭,2017,43(1):72－74,93. Chen Quanjian.Research and application of bolt-mesh-cable-beam supporting technology for large-section coal roadway with compound roof[J].China Coal,2017,43(1):72－74,93.