大埋深、高地應力連續(xù)揭、過突出煤層支護技術(shù)研究及應用

任依樸 吳建輝 李東洞

摘要：在巖層中掘進巷道后，免壓圈內(nèi)的頂板巖石由于s重力的作用，開始下沉，巖層與巖層之間的粘結(jié)力會削弱而產(chǎn)生脫開或離層的現(xiàn)象，此時采用錨網(wǎng)索支護把頂板巖石聯(lián)在一起，防止各巖層粘結(jié)力的削弱和巖層的分離，減少頂板的彎曲下沉。

Abstract： After excavating the roadway in the rock stratum， the roof rock in the pressure-free ring begins to sink due to the action of s gravity， and the bond between the rock layers is weakened， resulting in the phenomenon of disengagement or separation. At this time， the anchorage of the roof plate is used to support the roof rock together to prevent the weakening of the adhesion of each rock layer and the separation of the rock formation， and reduce the bending and sinking of the roof.

關(guān)鍵詞：錨網(wǎng)索噴;永久支護;揭煤工作面

Key words： anchor net spray;permanent support;uncovering coal face

中圖分類號：TD353? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2018）34-0177-02

0? 引言

平煤股份八礦二水平己一采區(qū)中部，西起采區(qū)下山，東部臨近己一、己五采區(qū)邊界。根據(jù)附近鉆孔及勘探線剖面綜合分析，該工作面己15賦存煤層情況比較穩(wěn)定，厚度一般在3.0～4.39m之間，平均厚度為3.5m;煤層傾角5～15°，平均10°。煤層直接頂板為砂質(zhì)泥巖，厚約10m，中間含0.7m厚的細粒砂巖。直接底板為砂質(zhì)泥巖，厚6-8m。己15煤層與己16、17煤層層間距為3.5m左右。

2014年12月，瓦斯研究所在己15-21030風巷低位巷外口70m、80m位置布置一組測試鉆孔對該區(qū)域己15煤層的原始瓦斯壓力、瓦斯含量進行測定，其中瓦斯壓力為2.4MPa，瓦斯含量為12m3/t，超出突出危險臨界指標。該工作面位于突出危險區(qū)，施工期間應嚴格按照突出危險工作面進行裝備和管理。

1? 己15—21030機抽巷設備道揭煤工作面基本情況

平煤股份八礦二水平己一采區(qū)己15-21030機巷底抽巷設備道設計工程量97.7m（前期建井處施工，現(xiàn)剩余工程量為74.5m;停頭位置距己15煤層頂板法線距離約為5.6m），設計為半圓拱形結(jié)構(gòu)，凈寬4200mm，凈高3200mm，采用錨網(wǎng)索噴支護，噴漿厚度為120mm。方位角為148°11′29″，先以平巷施工40.8m，然后按23°下山施工56.9m與機巷底抽巷貫通，其中23°下山施工8.3m處預計將揭露己15煤層，施工25.9m處預計將揭露己16-17煤層。從機巷底抽巷設備道底板距己15煤層頂板法線距離5m至己16-17煤層底板下2m的作業(yè)過程均屬于揭煤作業(yè)（預計共計46.5m）。

根據(jù)施工中巖巷揭露情況及地質(zhì)資料推測，揭煤位置地面對應標高+100m，己15煤層底板標高-846.4m，煤層埋深946.4m，煤層厚度3.2-3.5m，己15煤層頂板為3.0m的砂質(zhì)泥巖，其上為3.0m的細砂巖，己15煤層與己16-17煤層之間夾矸巖柱為約3.5m的砂質(zhì)泥巖。己16-17煤層底板標高-850.1m，煤層埋深950.1m，煤層厚度1.8-2.0m，底板為厚約4.75m砂質(zhì)泥巖，其下為8.4m細砂巖，掘進方向上煤層傾角約5°。

2? 連續(xù)揭、過己15煤層、己16、17煤層支護

2.1 錨網(wǎng)索噴支護設計理論

錨網(wǎng)索支護效果是通過懸吊作用、組合梁作用、圍巖補強作用、擠壓連接作用、擠壓加固拱作用互相聯(lián)系互相補充，共同作用的結(jié)果，而不是單獨存在的。

懸吊：錨桿（索）將軟弱巖層吊掛在上面堅固穩(wěn)定的巖層上。即當巷道頂板為煤時，很容易脫落，但煤層頂板以上的巖石比較堅固。這時錨桿可以通過直接頂板到達老頂上（若錨桿長度不夠，可以配合錨索使用），就像是“釘釘子”一樣，把容易脫落的直接頂板“釘牢”在老頂上。

圍巖補強：巷道深部圍巖中的巖石是處于三軸受力狀態(tài)，而靠近巷道周邊的巖石則是處于二軸受力狀態(tài)，后者的強度大大小于三軸的強度，故易于破壞而喪失穩(wěn)定性。巷道圍巖打錨桿后，有些巖石又部分地恢復了三軸受力狀態(tài)，增大了他本身的強度;另外錨桿還可以增加巖層弱面的剪斷阻力，使巷道周邊圍巖不易破壞和失穩(wěn)。

通過錨網(wǎng)索支護后再進行噴混凝土同巖層緊密的結(jié)合，形成很高的粘結(jié)力，并能充填頂幫圍巖的裂隙和凹穴。防止巖層松動和風化。

這種支護方案具有高強和早強的性能，能及時有效地阻止圍巖的離層和松動，并和巖層共同作用來維護巷道，減少巷道變形量。

2.2 揭、過己15煤層、己16、17煤層錨索支護參數(shù)設計及穿楔布置

①當施工至巷道頂板為己15煤層頂板時，沿巷道頂板輪廓線，以俯角為-15°～-20°的前進方向加打5根穿楔，穿楔規(guī)格為Φ50×5000mm或Φ20×2400mm管縫錨桿。②施工每前進1.8m在頂板輪廓線上加打穿楔，直至己15煤層完全托在巷道頂板上，依據(jù)頂板情況可加打穿楔數(shù)量，加強頂板托煤支護。③當巷道頂板距己15煤層底板板1.2m時，施工每前進一排，將原支護錨索Φ17.8×6300mm，更換為Φ17.8×8000mm錨索，確保錨索錨固端在己15煤層頂板以上穩(wěn)定巖層中不少于1.0m，每排不少于5根，間距700mm±100mm。④當巷道頂板距己15煤層底板2.8m時，施工每前進一排，將原支護錨索Φ17.8×8000mm，更換為Φ17.8×10000mm的錨索，確保錨索錨固端在己15煤層頂板以上穩(wěn)定巖層中不少于1.0m，每排不少于5根，間距700mm±100mm。⑤當施工至巷道頂板為己16.17煤層頂板時，沿沿巷道頂板輪廓線，以俯角為-15°～-20°的前進方向加打穿楔，穿楔規(guī)格與過己15煤層頂板打穿楔一致。⑥當巷道頂板距己16.17煤層頂板2.0m時，施工每前進一排，將原支護錨索Φ17.8×10000mm，更換為Φ17.8×5000mm的錨索，確保錨索錨固端在己16.17煤層頂板以上穩(wěn)定巖層中不少于1.0m，每排不少于5根，間距700mm±100mm。⑦當巷道頂板距己16.17煤層底板1.9m時，施工每前進一排，將原支護錨索Φ17.8×5000mm，更換為Φ17.8×6300mm的錨索，確保錨索錨固端在己16.17煤層頂板以上穩(wěn)定巖層中不少于1.0m，每排不少于5根，間距700mm±100mm。⑧當巷道頂板距己16.17煤層底板3.2m時，施工每前進一排，將原支護錨索Φ17.8×6300mm，更換為Φ17.8×8000mm的錨索，確保錨索錨固端在己16.17煤層頂板以上穩(wěn)定巖層中不少于1.0m，每排不少于5根，間距700mm±100mm。⑨當巷道頂板距己16.17煤層底板5.3m時，施工每前進一排，將原支護錨索Φ17.8×8000mm，更換為Φ17.8×4500mm的錨索，每排不少于5根，間距700mm±100mm。⑩巷施繼續(xù)向前施工3.5m，工作面頂板錨索支護規(guī)格及長度恢復原支護設計，直至與己15-21030機巷底抽巷貫通（每1.4m補打2根Φ17.8×6300mm的錨索）。

2.3 錨網(wǎng)索噴支護標準及要求

①錨桿間距：幫、頂錨桿間距：700mm±100mm。②錨桿排距：700mm±100mm。③錨桿托盤須緊貼巖面，螺帽不得松動。④頂錨桿錨固力≥126kN;錨桿預緊力扭矩≥200N·m。⑤網(wǎng)搭接要求：頂網(wǎng)與頂網(wǎng)、幫網(wǎng)與幫網(wǎng)搭接長度均為不小于100mm;網(wǎng)與網(wǎng)之間必須由錨盤壓緊;搭接處用12#鐵絲連網(wǎng)并扎緊，連網(wǎng)間距不超過200mm。⑥錨桿角度：與巖面及巷道輪廓線夾角≥75°。⑦錨桿露出螺母長度：10mm～50mm。⑧兩幫支護滯后工作面不得超過5排，滯后時間不得超過1天。⑨錨索露出索具長度：150～250mm。⑩錨索必須及時預緊，錨固力≥200kN。{11}水泥用425﹟硅酸鹽水泥。{12}沙子用中粗沙或粗沙。{13}噴層厚度不得小于120mm，并保證成形美觀，噴層密實，表面平整，無赤腳、穿裙現(xiàn)象。

2.4 錨索布置剖面圖

錨索布置剖面圖見圖1。

3? 現(xiàn)場施工管理

①每次爆破之后，要認真執(zhí)行敲幫問頂，找掉活矸危巖。找頂工作前要先清理好退路，并有兩人找頂，其中一人找頂、一人觀察頂板。應從有完好支護的地點開始，有外向里，先頂部后兩幫，依次進行。找頂時找頂范圍內(nèi)嚴禁其他人員進入。②點柱上方必須用大板接頂，點柱底根要打在實底上，不能打在實底上的要加墊木板。③錨網(wǎng)索支護最大空頂距不得超過1.0m，最小空頂距不得超過0.3m。④在帶帽頂柱掩護下打錨桿作業(yè)，當所有錨桿施工完畢后方可拆除臨時支護。⑤巷道每隔50m，建立一個頂板離層監(jiān)測儀，并用記錄牌板顯示數(shù)據(jù)，深部基點為6m，淺部基點為4m，每次觀測數(shù)據(jù)記錄在牌板上。⑥認真做好巷道位移觀測工作，采用十字測點法進行。每50m設一測點，其中頂板下沉量及下沉速度應控制在以下范圍：10天平均位移量大于5mm/天或30天平均位移量大于3mm/天，必須分析原因、采取措施處理。⑦每300根錨桿，抽試一組錨桿，拉拔試驗每組試驗3根;每施工50m巷道，抽試一組錨索，拉拔試驗每組試驗2根。被檢測的錨桿或錨索只要有1根不合格，再抽樣一組進行試驗。再不合要求，必須組織有關(guān)人員研究錨桿施工質(zhì)量不合格的原因，并采取相應的處理措施。

4? 支護效果及評價

應用實踐證明，采用錨桿+錨索（錨索長度根據(jù)穩(wěn)定巖層厚度確定）+噴漿支護方式后，連續(xù)穿過兩層煤體壓力不明顯，幾乎無變形，滿足了礦井生產(chǎn)需求。通過錨索與深部圍巖相連，提高了次生承載結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，同時調(diào)動了深部圍巖的承載能力，使更大范圍內(nèi)巖體共同承載，提高了承載能力，有效降低了巷道服務期間返修率，保證了生產(chǎn)所需的有效斷面。在大埋深、高地應力礦井中石門揭煤支護過程中全面推廣應用，大大提高了經(jīng)濟效益和社會效益。

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