掘進(jìn)巷道復(fù)合頂板支護(hù)方法探討

萬曉亮

摘要：根據(jù)石溝驛煤業(yè)分公司6#層煤賦存條件， 結(jié)合錨桿、錨索支護(hù)機(jī)理進(jìn)行理論分析， 合理選擇掘進(jìn)工作面巷道復(fù)合頂板支護(hù)方式和支護(hù)參數(shù)； 分析了復(fù)合頂板支護(hù)效果差的原因及頂板管理注意事項(xiàng)。

Abstract： According to the occurrence conditions of 6# coal in Shigouyi Coal Mine Branch， the theoretical analysis on the supporting mechanism of anchor and cable is carried out to reasonably select the supporting ways and parameters of the compound roof in the drifting face. The reasons for the poor support effect of composite roof and the matters needing attention of roof management are analyzed.

關(guān)鍵詞：錨桿支護(hù)；復(fù)合頂板；掘進(jìn)巷道

Key words：suspension roof support；compound roof；drifting tunnel

中圖分類號：U455.7+1 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-4311（2017）12-0107-02

0 引言

石溝驛煤業(yè)分公司開采煤層賦存條件差，煤層頂?shù)装宥酁槟噘|(zhì)砂巖，遇水易變軟、易脫層，掘進(jìn)巷道后期易出現(xiàn)頂板下沉、巷道底鼓等現(xiàn)象，為提高巷道支護(hù)質(zhì)量，減少巷道后期維護(hù)，采用優(yōu)化錨桿支護(hù)參數(shù)，根據(jù)不同的巷道性質(zhì)、斷面大小、質(zhì)地條件等進(jìn)行科學(xué)計算。通過優(yōu)化支護(hù)參數(shù)，改善支護(hù)效果、降低支護(hù)成本、加快成巷速度、減輕勞動強(qiáng)度等方面的優(yōu)越性十分突出。只有正確地設(shè)計和應(yīng)用錨桿支護(hù)，加深對錨桿的支護(hù)機(jī)理認(rèn)識，以完善的錨桿支護(hù)理論作為指導(dǎo)，才能使技術(shù)在現(xiàn)場管理中更好地服務(wù)于井巷施工。

1 礦井生產(chǎn)概況

6#煤層為石溝驛煤業(yè)分公司主采煤層，厚度為1.1-2.7m，平均厚度1.9m，煤層傾角5°-15°，煤層硬度系數(shù)為2-3。直接頂平均厚度2.6m，由下向上為：煤矸互層，0.1-0.5m，層狀結(jié)構(gòu)，硬度小，易脫層。五煤，0.8-1.4m，節(jié)理發(fā)育，層理明顯，硬度較小。泥巖，0.3-0.5m，硬度小，層狀結(jié)構(gòu)，遇水易變軟，易脫層；細(xì)粒砂巖，0.5-0.7m，塊狀結(jié)構(gòu)，泥質(zhì)膠結(jié)，硬度小，遇水易變軟；泥巖，0.1-1.0m，灰白色，硬度小，層狀結(jié)構(gòu)，遇水易變軟，易脫層；老頂為2.4-2.6m 粉砂巖，直接底板為0.4-1.2m泥巖。整體煤層層位分明，由不同巖性巖層組成，巖層與巖層之間有分離面，夾有煤線或有薄煤層軟弱巖層，易生產(chǎn)下沉位移，易斷裂、冒落，是典型的復(fù)合頂板。

2 巷道頂板支護(hù)設(shè)計

根據(jù)巷道頂板巖層分布情況，按照懸吊理論計算錨桿參數(shù)。

①錨桿長度計算公式為：L=KH+L1+L2

式中：L——錨桿長度，m；

H——軟弱巖層厚度或冒落拱高度，m；

K——安全系數(shù)，一般取K=2；

L1——錨桿錨入穩(wěn)定巖層的深度，一般可按經(jīng)驗(yàn)取0.4m；

L2——錨桿在巷道中的外露長度。依據(jù)錨桿規(guī)格，取0.1m。

L=2×H+0.4+0.1

軟弱巖層厚度是根據(jù)地質(zhì)資料、實(shí)測或經(jīng)驗(yàn)估計；冒落拱高度是按下式估算，即：

H=■

式中：B——巷道開挖寬度，m；f——巖石堅固性系數(shù)。

以010611回順掘進(jìn)工作面為例：

H=4.95÷2÷3=0.825m

則L=2.0×0.825+0.5+0.1=2.25m

所以010611回順掘進(jìn)工作面現(xiàn)使用的2500mm長左旋無縱筋螺紋鋼錨桿可以滿足錨桿支護(hù)的要求。

②錨桿的間距、排距計算。

根據(jù)施工工藝要求，巷道掘進(jìn)循環(huán)進(jìn)度為1.8m/循環(huán)，故錨桿排距為900mm。

錨桿間距為：

a=■

式中：a——錨桿的間距，m；Q——錨桿的設(shè)計錨固力，根據(jù)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)化要求，取50kN；γ——被懸吊巖石的重力密度，kN/m3，取25kN/m3。

則a=1.1m，取錨桿間距為800mm，故該巷道錨桿布置間、排距為800×900mm。

為確提升頂板管理的安全系數(shù)，在頂板除了布設(shè)螺紋鋼錨桿、鋼筋網(wǎng)、鋼帶支護(hù)外，頂板還按照2400×1800mm間排距打設(shè)錨索鋼，錨索為Ф21.6mm鋼絞線加工，加工長度：7000mm，錨索托盤采用10mm厚鋼板加工，規(guī)格300×300×12mm，中部鉆孔Ф26mm，錨索鋼為11#礦工鋼，長2200mm，每根錨索鋼開兩孔，孔徑Φ26mm，孔中心到兩頭各200mm，孔間距為1800mm。

3 影響支護(hù)效果分析

3.1 錨桿支護(hù)角度

錨桿安裝角度不合格就不能有效錨固煤巖層理，當(dāng)巷道頂板受壓出現(xiàn)下沉?xí)r，而且錨桿易受剪切作用，從而降低了支護(hù)效果，減小了支護(hù)強(qiáng)度。

3.2 錨固劑使用規(guī)范性

一般情況下一只樹脂錨固劑是一個固化速度，當(dāng)作業(yè)現(xiàn)場進(jìn)行加長或全長錨固時，需要不同固化時間的錨固劑搭配使用，因?yàn)槎喙?jié)錨固劑施工過程中，攪拌過程中先攪拌的錨固劑會先凝固，繼續(xù)攪拌的話會破壞這段錨固的效果，而不攪拌的話最里面的錨固劑還沒有被攪拌到，沒攪拌的錨固劑就不能成為有效的錨固段，很長的一段的錨固劑就相當(dāng)于沒有使用到。而快慢搭配則解決了這一問題，一般速度較慢的在外，速度較快的在內(nèi)，以保證施工過程中，讓所有的錨固劑大概在同一時間凝固，發(fā)揮錨固效果。

3.3 作業(yè)現(xiàn)場作業(yè)人員操作水平

支護(hù)設(shè)計是頂板管理安全性的基礎(chǔ)，作業(yè)現(xiàn)場施工工程質(zhì)量是頂板管理安全性的根基，可見作業(yè)人員操作規(guī)范性直接決定著頂板管理安全系數(shù)。根據(jù)現(xiàn)場經(jīng)驗(yàn)員工操作行為主要影響包括以下幾個方面：

①錨桿孔內(nèi)煤巖粉沒有沖干凈，直接影響樹脂的凝固效果進(jìn)而影響樹脂同錨桿孔壁的膠結(jié)，造成錨固力、抗拔力不夠。

②錨桿施工角度沒有垂直斷面輪廓線，當(dāng)頂板來壓，頂板出現(xiàn)下沉、位移時，錨桿額外承受鉛錘方向的剪切力，是造成錨桿斷頭的主要原因。

③錨固劑填充數(shù)量及攪拌、等待時間不符合要求，直接影響錨固劑的錨固效果，這是后期出現(xiàn)漏頂、冒頂事故的直接原因。

4 特殊區(qū)域的頂板管理

根據(jù)石溝驛煤礦掘進(jìn)巷道施工的特點(diǎn)，以下特殊區(qū)域需要進(jìn)行重點(diǎn)頂板管理：

4.1 巷道開口大斷面及巷內(nèi)各硐室區(qū)域

為滿足掘進(jìn)施工正常供電、運(yùn)輸，巷內(nèi)需要施工移變硐室、膠帶輸送機(jī)搭接硐室及調(diào)車場，該區(qū)域頂板跨度會變大，同時該礦巷內(nèi)采用連續(xù)牽引絞車配合礦車進(jìn)行支護(hù)材料、設(shè)備運(yùn)輸，在掘進(jìn)巷道開口位置都會設(shè)計、施工連續(xù)牽引絞車硐室，風(fēng)巷硐室寬度一般為5.0m，機(jī)巷硐室寬度達(dá)到6.8m，該區(qū)域的頂板跨度大，容易出現(xiàn)頂板離層、下沉情況，針對該區(qū)域采取措施為施工過程中加打錨索托梁配合錨網(wǎng)噴進(jìn)行主動支護(hù)，同時架設(shè)一梁二柱進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù)，控制頂板下沉。

4.2 地質(zhì)構(gòu)造帶區(qū)域

地質(zhì)構(gòu)造帶區(qū)域施工是掘進(jìn)巷道施工的重中之重，首先是該區(qū)域穿層施工，頂板完整性差，其次是現(xiàn)場水多，我礦直接頂板還是遇水易變軟的泥巖、細(xì)粒砂巖，更造成頂板管理安全系數(shù)低，最后是該區(qū)域頂板容易下沉，造成巷道高度不夠，進(jìn)行巷道維修概率高。針對該區(qū)域采取措施有以下幾項(xiàng)：

①施工過程中短掘短支，縮小控頂距，減少施工過程中發(fā)生漏頂事故的概率。

②頂板支護(hù)加設(shè)錨索梁，提高支護(hù)質(zhì)量，經(jīng)濟(jì)條件允許情況下進(jìn)行噴漿效果最好。

③斷層面揭露之后，根據(jù)斷層傾向?qū)﹀^桿、錨索支護(hù)角度進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，防止錨固點(diǎn)坐落在斷層面上，造成錨固劑凝結(jié)效果差，支護(hù)質(zhì)量達(dá)不到要求。

④施工區(qū)域適當(dāng)架設(shè)單體液壓支柱，控制頂板下沉。

4.3 巷道維修區(qū)域

針對出現(xiàn)頂板下沉嚴(yán)重、鋼筋網(wǎng)斷裂面積大的巷道，往往需要對該區(qū)域進(jìn)行巷道維修，危險系數(shù)最大的是挑頂、擴(kuò)幫維修模式，因?yàn)樘繇?、擴(kuò)幫是對原有支護(hù)的嚴(yán)重破壞，同時也是最容易出現(xiàn)漏頂、冒頂事故，針對該區(qū)域的維修作業(yè)采取措施有以下幾項(xiàng)：

①挑頂作業(yè)前必須架設(shè)可靠的臨時支護(hù)，嚴(yán)禁空頂作業(yè)。

②施工過程中必須嚴(yán)格執(zhí)行敲幫問頂制度，防止活矸活石墜落傷人。

③上、下山巷道進(jìn)行維修施工時，人員必須站在維護(hù)區(qū)域上方進(jìn)行作業(yè)，防止被掉落的矸石砸傷。

④施工過程中挑頂區(qū)域嚴(yán)禁其他人員通過，距挑頂處10m范圍內(nèi)嚴(yán)禁其他人員靠近，挑頂位置的正下方嚴(yán)禁站人。

⑤挑頂施工堅持挑一架維護(hù)一架，嚴(yán)禁大面積挑頂，一次進(jìn)度不能超過1m。

5 結(jié)論

對復(fù)合頂板采取錨網(wǎng)索聯(lián)合支護(hù)方式是特別有效的頂板管理方式，通過對010611回順掘進(jìn)工作面進(jìn)行觀測，頂板離層剝落區(qū)域明顯較之前掘進(jìn)工作面減少，同時頂板下沉量明顯降低，不超過150mm范圍。

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