黃巖匯煤礦錨網(wǎng)參數(shù)合理優(yōu)化研究與應(yīng)用

摘 要：文章結(jié)合黃巖匯煤礦實(shí)際工程案例，首先介紹了該礦15100順槽的支護(hù)方式及存在的問題，其次結(jié)合15101工作面現(xiàn)有情況，詳細(xì)介紹了優(yōu)化后的錨網(wǎng)參數(shù)及應(yīng)用情況，最后得出該種優(yōu)化方案行之有效，對(duì)礦井今后的支護(hù)工作具有重要的指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：煤礦；錨網(wǎng)參數(shù)；技術(shù)優(yōu)化

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.15.051

0 工程概況

黃巖匯煤礦位于昔陽縣城西南約3km的樂平鎮(zhèn)巴洲村附近，礦區(qū)南北走向長(zhǎng)0.4—4.0km，東西傾斜寬2.1—5.1km，礦區(qū)面積16.0km2。本礦井屬高瓦斯礦井，15號(hào)煤塵無爆炸性危險(xiǎn)且為不易自燃煤層。

現(xiàn)在準(zhǔn)備順槽掘進(jìn)中揭示的煤層完整性已經(jīng)地質(zhì)活動(dòng)破壞。掘進(jìn)面煤體有明顯的近代地質(zhì)搓揉，煤層表現(xiàn)出粉狀破碎，施工中掘進(jìn)不使用爆破就可手工拋掘，而且在施工過程中曾經(jīng)出現(xiàn)冒頂現(xiàn)象，冒高達(dá)到6米多。

1 黃巖匯煤礦支護(hù)現(xiàn)狀分析研究

1.1 砌碹巷道現(xiàn)狀

經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)觀察實(shí)際地質(zhì)狀況分析發(fā)現(xiàn)，雖然15100采面所處位置系統(tǒng)簡(jiǎn)潔，蓋山厚度不大。但從井下的礦壓顯現(xiàn)情況看，地壓的大小并不與垂直地壓成正比。巷道受礦壓影響垂直地應(yīng)力是次要矛盾，水平應(yīng)力對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)的影響較大。

1.2 首采15100順槽支護(hù)方式

膠帶順槽在巖層內(nèi)，永久支護(hù)為錨網(wǎng)加錨索噴漿支護(hù)，錨桿采用Φ20×2000mm金屬錨桿，錨桿間排距800×800mm；頂、兩肩各打注5m錨索一根，網(wǎng)片采用Φ6.5鋼筋，規(guī)格1605×1000mm經(jīng)緯網(wǎng)，網(wǎng)格為200×100mm。噴射厚度不小于100mm 。膠帶順槽進(jìn)入煤層，永久支護(hù)為錨網(wǎng)加鋼帶支護(hù)，錨桿采用Φ20×1800mm的樹脂錨桿，間排距800×800mm；網(wǎng)片為菱形網(wǎng)；鋼帶排距800mm，每條鋼帶打注錨索一根，錨索為雙排布置，間排距為1600×1600mm。

1.3 現(xiàn)狀錨網(wǎng)支護(hù)存在的問題

（1）頂板縱向托梁。順槽支護(hù)使用了大量的縱向托梁，由于頂板的特殊性，這種縱向托梁對(duì)巷道頂板的力學(xué)狀況的改善并不顯著。而且這種縱向的托梁施工一般是在巷道掘進(jìn)一定距離處才架設(shè)安裝，其安裝可能錯(cuò)過圍巖應(yīng)力分布的最佳時(shí)期，因而效果可能不能發(fā)揮到最佳。

（2）頂部排間加強(qiáng)托梁。為了加強(qiáng)頂板支護(hù)，采用了較多的錨索支護(hù)加強(qiáng)頂板。每隔一排加一個(gè)短托梁和兩個(gè)錨索。這樣能改變頂部力學(xué)特性，會(huì)造成大量材料浪費(fèi)。使用錨索能加強(qiáng)頂板的支護(hù)，尤其是能堅(jiān)守最后一道防線防止大面積冒頂事故。頂板采用強(qiáng)力T型托梁，對(duì)防止頂板大量下沉非常有利。根據(jù)頂板實(shí)際情況，如果將錨索直接安裝在T型托梁上，可以節(jié)約兩根錨桿，并能節(jié)約錨索托梁，其力學(xué)性能也能很好地滿足工程。使用T型強(qiáng)力托梁的頂板以后應(yīng)該直接將錨索打在T型托梁上，而不需要在另設(shè)錨索托梁。

（3）破碎區(qū)架棚密集支護(hù)。在掘進(jìn)中遇到破碎軟煤層時(shí)，采用了大量密集工字鋼棚支護(hù)，而且頂部空間使用了大量的坑木。這種處理措施造成大量人力物力的浪費(fèi)。一般巷道掘進(jìn)難免有構(gòu)造破碎地質(zhì)狀況。一般處理這類問題應(yīng)以錨桿技術(shù)為基本。采用超前錨固，超前管棚等措施，盡量避免掘進(jìn)過程中的頂板漏頂。

2 錨網(wǎng)參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)

2.1 頂部錨固控制范圍確定

（1）頂部不穩(wěn)定圍巖范圍：自穩(wěn)隱形拱離頂板的最大高度為2.01米。

（2）巷道失穩(wěn)情況下頂部的不穩(wěn)定范圍：極限自穩(wěn)隱形拱離頂板的最大深度為3.97米。

（3）松散體中自穩(wěn)隱形拱極限。按照自穩(wěn)隱形拱理論的巷道幫部破壞極限概念，破碎圍巖體巷道完全失穩(wěn)時(shí)巷道幫部最大破壞深度為2.4米，破碎圍巖體巷道完全失穩(wěn)時(shí)巷道頂部最大破壞深度為4.85米。

2.2 一般地質(zhì)條件順槽錨固參數(shù)

（1）錨網(wǎng)結(jié)構(gòu)：鋼質(zhì)錨桿+含筋塑料復(fù)合網(wǎng)+鋼筋梯子梁+錨索。

（2）頂錨桿。長(zhǎng)度：頂部錨桿長(zhǎng)度確定為2200mm；直徑：根據(jù)地應(yīng)力變化及其他情況，確定為ф20；

桿體材料：無縱筋左旋螺紋鋼Q335；托盤：碟型120×120×8mm；螺母：球型快裝螺母；錨固劑：樹脂藥卷2個(gè)Z2360；錨桿預(yù)緊力：150N.M；頂錨桿型號(hào)：左旋ф20×2300；

（3）幫錨桿。長(zhǎng)度：幫部錨桿長(zhǎng)度確定為2000mm；直徑：根據(jù)地應(yīng)力變化及其他情況，確定為ф20；桿體材料：無縱筋左旋螺紋鋼Q335；托盤：碟型120mm×120mm×8mm；螺母：加厚螺母；

錨固劑：樹脂藥卷2個(gè)Z2360；錨桿預(yù)緊力：150N.M；頂錨桿型號(hào)：左旋ф18×2000。

（4）托梁鋼帶：W鋼帶。

（5）加固網(wǎng)確定。為了保持圍巖的完整性，利用網(wǎng)子可以被動(dòng)的形成防護(hù)煤體自然坍塌或是圍巖體快的吊落。 因?yàn)殇撍軓?fù)合網(wǎng)具有輕質(zhì)、高強(qiáng)、低松弛、廉價(jià)等優(yōu)點(diǎn)，比較適應(yīng)于本煤質(zhì)地層使用。

（6）錨索。頂部必須用礦用錨索加固，規(guī)格φ15.24，錨索長(zhǎng)度4300mm。錨固長(zhǎng)度1500mm。每孔3個(gè)Z2360樹脂錨固劑。

（7）錨桿間排距。間距：頂部800mm，幫部700mm；排距：800mm。

2.3 施工工藝及注意事項(xiàng)

掘進(jìn)中可能會(huì)有許多變化。掘進(jìn)過程中遇地質(zhì)條件惡化，必須立即采取加固措施并向科研攻關(guān)組報(bào)告，以便及時(shí)調(diào)整支護(hù)方式。如果掘進(jìn)中頂板管理不善，自穩(wěn)隱形拱將向上移，極限自穩(wěn)隱形拱將向外擴(kuò)展。這些變化都不利于巷道的穩(wěn)定性。出現(xiàn)這種情況時(shí)應(yīng)該采取加固措施。

3 研究結(jié)論

黃巖匯煤礦煤層地質(zhì)條件復(fù)雜，區(qū)域變化較大，大多數(shù)區(qū)域?qū)儆谥械确€(wěn)定圍巖，采用錨網(wǎng)支護(hù)技術(shù)是可行的。一般地質(zhì)條件下沿頂板掘進(jìn)，采用錨、網(wǎng)、W鋼帶能夠滿足工程需要，無需設(shè)置縱向托梁。錨桿采用ф20左旋螺紋鋼錨桿；鉆孔ф28；錨固劑采用Z2360；鋼帶GDW280/2.8；鋼塑復(fù)合網(wǎng)GS+PVC4000 MS。采用T型托梁的加強(qiáng)支護(hù)段，錨索直接錨固在T型托梁上，無需另設(shè)托板效果更好。對(duì)破碎帶處理采用密集棚式支護(hù)或是采用超前化學(xué)注漿都是不合理的，應(yīng)該采用圓拱形斷面和超前錨桿技術(shù)?？刂朴^頂板高冒的時(shí)候不宜采用托梁，處理時(shí)應(yīng)該去掉托梁，不平整頂板采用強(qiáng)力托梁不但不利于頂板維護(hù)，反而失去頂板支護(hù)的機(jī)會(huì)。采用單體錨桿錨索方式控制是行之有效的。拱形頂板巷道能很好地適應(yīng)松軟破碎圍巖巷道。

作者簡(jiǎn)介：張文健（1964-），男，山東汶上人，本科，采煤工程師，基建生產(chǎn)副總經(jīng)理。