近距離煤層采空區(qū)下錨網(wǎng)索支護(hù)技術(shù)研究與應(yīng)用

張寶春

（中國(guó)平煤神馬集團(tuán)平煤股份八礦，河南 平頂山 467000）

近距離煤層采空區(qū)下錨網(wǎng)索支護(hù)技術(shù)研究與應(yīng)用

張寶春

（中國(guó)平煤神馬集團(tuán)平煤股份八礦，河南 平頂山 467000）

隨著開采進(jìn)度加快，近距離煤層采空區(qū)下掘進(jìn)開采已成為發(fā)展趨勢(shì)。因此，摸清圍巖變形規(guī)律，采用合理有效的支護(hù)方式，控制圍巖的變形，滿足現(xiàn)場(chǎng)安全生產(chǎn)需要成為急需解決的問題。本文闡述了平煤八礦首次在近距離采空區(qū)下大斷面切眼采用錨網(wǎng)索支護(hù)技術(shù)的原理，并介紹了所取得的成功經(jīng)驗(yàn)和經(jīng)濟(jì)效益，為平煤八礦在同類條件下巷道施工提供了很好的借鑒。

近距離煤層；采空區(qū)；大斷面；錨網(wǎng)索支護(hù)

隨著開采進(jìn)度的不斷加快，近距離煤層采空區(qū)下掘進(jìn)開采已成為發(fā)展趨勢(shì)。因此，摸清圍巖變形規(guī)律，采用合理有效的支護(hù)方式，控制圍巖的變形，滿足現(xiàn)場(chǎng)安全生產(chǎn)需要成為急需解決的問題。平煤八礦開采的己16.17煤層屬二疊系山西組，該煤層煤質(zhì)松軟，頂板為松軟破碎的泥巖與砂質(zhì)泥巖互層。針對(duì)該條件，八礦采用錨網(wǎng)索支護(hù)技術(shù)，進(jìn)行了大膽嘗試，在己16.17-13330切眼試驗(yàn)近距離煤層錨網(wǎng)索支護(hù)技術(shù)，取得了成功。

1 巷道布置

己16.17-13330工作面位于己三擴(kuò)大采區(qū)東翼中部，上覆的己15-13330采面已回采完畢，采面標(biāo)高為-503～-555 m,地面標(biāo)高+76 m，埋深579～631 m。

己16.17-13330切眼掘進(jìn)工作面巷道為斷面，凈寬6 m，凈高2.6 m，斷面面積為15.6 m2，該工作面己16.17煤層塊狀，半光亮型焦煤，厚度在1.8～2.3 m，平均2.1 m，煤層傾角東緩西陡，傾角8°～21°；采面東高西低，俯角1°～4°。己16.17煤層頂板為5～7 m厚的砂質(zhì)泥巖，頂部為深色泥巖，含植物根部化石，里含白云母片，中部夾細(xì)砂巖，含菱鐵質(zhì)結(jié)核，底板5.2 m厚為細(xì)砂巖，巖條帶狀，頂部為深色泥巖，中部夾砂質(zhì)泥巖[1]。

2 理論依據(jù)

2.1 巷道支護(hù)拱支與錨網(wǎng)優(yōu)越性對(duì)比

（1）U型鋼支護(hù)和工字鋼支護(hù)為被動(dòng)支護(hù)，不能有效控制頂板離層下沉，控制巷道的變形量。

（2）巷道周邊圍巖處于高地應(yīng)力狀態(tài)，在高圍巖壓力的作用下，巷道極易變形，支護(hù)困難。

（3）支護(hù)成本太高，消耗大量鋼材和坑木。

（4）在采面回采過程中增加了回收工序，制約了生產(chǎn)效率，在回收棚子過程中又降低了安全可靠性。

（5）受采場(chǎng)壓力作用，支架易產(chǎn)生變形，回收復(fù)用率低。

為了改善此類巷道支護(hù)狀況，對(duì)巷道周邊圍巖變形機(jī)理分析，變被動(dòng)鋼支護(hù)為主動(dòng)錨支護(hù)，有利于安全高效地掘進(jìn)和回采，所以選用錨網(wǎng)索支護(hù)[2]。

2.2 巷道支護(hù)參數(shù)選擇

2.2.1 頂板錨桿長(zhǎng)度計(jì)算

按懸吊理論，頂板錨桿長(zhǎng)度計(jì)算公式為：

式中：L1——錨桿外露長(zhǎng)度,一般取100 mm；L2——錨桿錨固段長(zhǎng)度，取1 350 mm；L3——錨桿伸入穩(wěn)定巖層深度，一般不小于300 mm。

根據(jù)上面計(jì)算，考慮切眼的大斷面，為了確保安全，錨桿長(zhǎng)度取L=2 400 mm。

2.2.2 錨桿間排距確定

錨桿間距D≤0.5 L，D≤0.5×1 750=875 mm

式中：n——每排錨桿根數(shù)；N——設(shè)計(jì)錨固力，KN/根；K——安全系數(shù)，取2～3；r——上覆巖層平均容重，取24 KN/m3；a——1/2巷道掘進(jìn)寬度3.1 m。

考慮己15煤層與己16.17煤層層間距較近，所以確定錨桿間排距為850×700 mm，錨索選用Φ17.8×4 000 mm長(zhǎng)的錨索，間排距為2 000×1400 mm。切眼支護(hù)斷面示意圖如圖1所示。

圖1 切眼支護(hù)斷面示意圖

2.3 施工工藝

采用掘進(jìn)機(jī)進(jìn)行綜掘施工，掘進(jìn)機(jī)在巷道工作面上切割移動(dòng)的路線為：首先從工作面左幫頂板邊角鉆進(jìn)，沿煤層層理左右橫掃切割，自上向下逐層切割，直至底板，切割出設(shè)計(jì)斷面[3]。

2.4 頂板支護(hù)系統(tǒng)

（1）提高錨桿支護(hù)初錨力。預(yù)緊力：頂板及幫部≥200N·m。

（2）合理的三徑匹配。鉆孔直徑、錨桿直徑和樹脂錨固劑直徑應(yīng)合理匹配。合理的匹配支護(hù)可以有效地控制圍巖變形和降低支護(hù)費(fèi)用。

（3）錨索和單體柱及時(shí)跟進(jìn)工作面。錨索長(zhǎng)度必須保證錨入穩(wěn)定巖層1.5 m以上。

（4）錨索與錨桿同排布置，加強(qiáng)支護(hù)效果，并20 m安設(shè)一組頂板離層儀及十字位移進(jìn)行觀測(cè)。

（5）梯子梁要與巷道頂板寬度同寬，頂網(wǎng)與幫網(wǎng)搭接牢靠。

（6）錨桿支護(hù)遇頂板淋水、頂板破碎、地質(zhì)構(gòu)造帶等情況時(shí)，需在現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)記，加強(qiáng)巡查觀測(cè)，根據(jù)巷道變形情況及時(shí)加大錨桿錨索以加強(qiáng)支護(hù)。

3 礦壓觀測(cè)結(jié)果

3.1 巷道表面平均位移量（十字位移）

巷道表面平均位移量（十字位移），即巷道表面位移曲線如圖2所示。

圖2 巷道表面平均位移量

從圖2中可以看出，里切眼在開挖支護(hù)完成后一個(gè)月內(nèi)，斷面收斂變形很小，巷道變形以頂板下沉為主，兩幫移近量最大不超過140 mm，頂板下沉量最大不超過170 mm，巷道圍巖控制效果較好。巷道初期收斂量在掘進(jìn)25 d左右都趨于穩(wěn)定[4-5]。

3.2 頂板平均離層量

頂板平均離層量，即頂板離層觀測(cè)曲線如圖3所示。

圖3 頂板離層觀測(cè)曲線

從圖3中可以看出，頂板離層量整體變化不大，淺孔位移變化最大26 mm，深孔位移變化量最大30 mm。這說明巷道屬于正常下沉，受開挖后巖層間的應(yīng)力自然釋放，巷道穩(wěn)定性較好。

通過對(duì)礦井己三擴(kuò)大采區(qū)圍巖變形情況的總結(jié)分析，筆者結(jié)合實(shí)際錨桿試驗(yàn)結(jié)果，對(duì)近距離煤層采空區(qū)下的圍巖進(jìn)行了地質(zhì)條件和應(yīng)力分析，在大埋深、圍巖強(qiáng)度低的條件下提出了錨網(wǎng)索梁聯(lián)合錨固系統(tǒng)安全控制技術(shù)。即把握好錨桿、錨索、金屬網(wǎng)、托盤、錨固劑、托梁等錨桿支護(hù)的關(guān)鍵要素，實(shí)現(xiàn)各個(gè)支護(hù)體共同作用，避免被逐個(gè)擊破，導(dǎo)致支護(hù)失效。

通過己16.17-13330切眼現(xiàn)場(chǎng)位移觀測(cè)結(jié)果可以看出，巷道頂板最大下沉量為170 mm，兩幫最大變形量為140 mm，巷道斷面收斂率僅為設(shè)計(jì)斷面的10%。

現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用表明：近距離煤層采空區(qū)下錨網(wǎng)索支護(hù)技術(shù)研究與應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際操作性強(qiáng)，在系統(tǒng)安全和控制技術(shù)理論基礎(chǔ)方面安全可靠，對(duì)于類似圍巖條件下控制頂板有較好的指導(dǎo)作用。

4 結(jié)語(yǔ)

平煤八礦近距離煤層錨網(wǎng)索支護(hù)技術(shù)在實(shí)踐應(yīng)用中是可行的，實(shí)現(xiàn)了預(yù)期的經(jīng)濟(jì)效益，顯示出近距離錨網(wǎng)索支護(hù)比鋼拱支護(hù)更具有優(yōu)越性。

1 楊啟楠.基于FLAC～（3D）復(fù)合頂煤大斷面煤巷圍巖數(shù)控模擬[J].遼寧工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2012，31（4）：461-465.

2 秦廣鵬，蔣金泉，孫 森，等.大變形軟巖頂?shù)装迕合镥^網(wǎng)索聯(lián)合支護(hù)研究[J].采礦與安全工程學(xué)報(bào)，2012，（2）：209-214.

3 蔣志剛，闞 磊，劉 棟，等.厚頂煤大跨度開切眼錨桿錨索支護(hù)技術(shù)[J].煤礦安全，2012，43（2）：102-105.

4 曲立平，楊 威，孫 明，等.基于綜合主成分分析法的深部煤層底板采動(dòng)損傷指數(shù)的主控指標(biāo)[J].煤礦安全，2013，44（1）：203-207.

5 張永進(jìn).孔莊煤礦“三軟”煤層巷道錨桿支護(hù)技術(shù)研究與應(yīng)用[A].中國(guó)煤炭學(xué)會(huì).煤炭科學(xué)與技術(shù)研究論文集[C].北京：煤炭工業(yè)出版社，2010.60-66.

Coal Seam Goaf Anchor Rope Supporting Technology Research and Application of Near Distance

Zhang Baochun
(China Flat Coal Shenma Group Flat Coal Shares Eight Mine, Pingdingshan 467000, China)

With the accelerated progress of mining, close coal seam mining area under the mining and mining has become the development trend. Therefore, to understand the law of deformation of surrounding rock, the use of reasonable and effective way to support the control of the deformation of the surrounding rock to meet the needs of the safety of the scene to become an urgent need to solve the problem. This paper expounds the principle of using anchor cable support technology in the large section cut-off area in the close-up mined-out area for the first time, and introduces the successful experience and economic benefit. In the same condition Roadway construction provides a good reference.

close distance coal seam; goaf; large section; bolt mesh cable support

TD353

A

1008-9500(2017)07-0105-03

2017-05-29

張寶春（1974-），男，河北昌黎人，工程師，研究方向：掘進(jìn)支護(hù)。