膠帶巷圍巖控制改進(jìn)技術(shù)研究

張茂生

（山西煤炭運(yùn)銷集團(tuán)南河煤業(yè)有限公司，山西 晉城 048400）

1 工程概況

山西煤炭運(yùn)銷集團(tuán)南河煤業(yè)有限公司開拓方式為主斜副立開拓，井筒數(shù)量3個(gè)，開采水平為+775m，現(xiàn)采煤層為15#，采煤工藝為綜采，瓦斯等級(jí)為瓦斯礦井，水文地質(zhì)類型為中等，煤層有Ⅱ級(jí)自燃傾向性。

礦井現(xiàn)開采15#煤層。井田范圍由9個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)依次連線圈定，面積5.992km2，生產(chǎn)能力為60萬t/年，開采深度920～710m標(biāo)高。

15#煤層位于太原組一段頂部K2灰?guī)r之下，煤層厚2.10～4.20 m，平均厚3.85 m，含0～2層夾矸，夾矸厚0.05～0.45 m，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。

15#煤層直接頂厚度為4.13～12.24 m，平均值為8.42 m。巖性為石灰?guī)r，硬度大，抗壓強(qiáng)度高，頂板屬于堅(jiān)硬巖層。

15#煤層底板巖性為鋁土泥巖，直接底厚度為3.11～7.86 m，平均厚度為5.96 m。根據(jù)山西省114勘察院勘探時(shí)采樣做的底板物理力學(xué)性質(zhì)成果表明：15#煤層底板巖性抗拉值為0.4～1.5 MPa，平均值為0.9 MPa。15#煤層底板巖性抗壓值為2.0～35.2MPa，平均值25.6 MPa。其中內(nèi)摩擦角值為 31°27′～37°29′，平均值為 34°29′，屬于典型的軟弱破碎巖層。

南河煤業(yè)開采15#煤層時(shí)，由于巷道圍巖巖性軟弱，巖性為泥巖，遇水容易膨脹，吸水性強(qiáng)。導(dǎo)致開采15#煤層容易發(fā)生底鼓現(xiàn)象，頂板支護(hù)也比較困難。

2 礦井開拓方式和巷道支護(hù)效果差原因分析

礦井為主斜副立混合開拓方式，主斜井、副立井及回風(fēng)立井位于工業(yè)場(chǎng)地內(nèi)，主斜井一側(cè)鋪設(shè)膠帶輸送機(jī)，擔(dān)負(fù)礦井的煤炭提升任務(wù)，另一側(cè)鋪設(shè)單軌，擔(dān)負(fù)礦井大件設(shè)備及長材料運(yùn)輸任務(wù)，設(shè)臺(tái)階、扶手，作為礦井一個(gè)安全出口，兼作進(jìn)風(fēng)井。井筒凈寬5.0m，斜長478m，坡度23°，表土段采用混凝土砌碹支護(hù)，基巖段采用錨網(wǎng)噴支護(hù)。

副立井擔(dān)負(fù)礦井的輔助提升任務(wù)，裝備雙罐籠，兼作進(jìn)風(fēng)井。井筒凈直徑4m，垂深200m，表土段采用混凝土砌碹支護(hù)，基巖段采用錨網(wǎng)噴支護(hù)。

回風(fēng)立井裝備梯子間，擔(dān)負(fù)礦井的回風(fēng)任務(wù)并作為礦井的一個(gè)安全出口?；仫L(fēng)立井井筒凈直徑4m ，垂深205.4m，表土段采用混凝土砌碹支護(hù)，基巖段采用錨網(wǎng)噴支護(hù)。

礦井有3個(gè)安全出口：即主斜井、副立井和回風(fēng)立井，各井筒井口間距離均大于30 m。

根據(jù)現(xiàn)有開拓現(xiàn)狀，以一個(gè)水平開采15#煤層，水平標(biāo)高為+775m。根據(jù)井田開拓布置，15#煤層劃分為2個(gè)采區(qū)。回采工作面回采采用長壁后退式開采。

針對(duì)南河煤業(yè)15#煤層圍巖具體的地質(zhì)情況進(jìn)行了分析，與現(xiàn)場(chǎng)工作人員溝通闡述礦井開拓方式并對(duì)巷道支護(hù)效果差原因分析：

（1）錨桿安裝機(jī)具不到位，容易將錨固劑的化學(xué)結(jié)構(gòu)破壞，影響錨固效果。

（2）井田總體呈走向近北東的向斜褶曲構(gòu)造，地層傾角0～25°左右，井田內(nèi)發(fā)現(xiàn)6條斷層，4個(gè)陷落柱構(gòu)造，各陷落柱陷壁角一般約80°，在陷落柱附件采掘作業(yè)必須先做好物探準(zhǔn)備措施。南河煤業(yè)地溫正常，無沖擊地壓現(xiàn)象。

（3）錨索的預(yù)緊力值偏小，錨索抗拉強(qiáng)度大，主動(dòng)支護(hù)能力強(qiáng)的效果遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有發(fā)揮出來。

（4）工人沒按要求施工，錨桿錨索安裝后，沒有對(duì)錨索進(jìn)行二次緊固，導(dǎo)致錨索預(yù)緊力下降。

（5）巷道金屬網(wǎng)搭接方式有待改進(jìn)，尺寸不合理影響巷道支護(hù)效果。

（6）錨桿、錨索安裝后沒有用減摩墊圈，增大了設(shè)備之間的摩擦力，力的轉(zhuǎn)換效率降低，應(yīng)該加上減摩墊圈。

（7）錨桿、錨索不匹配，錨固性能差，樹脂藥卷凝固時(shí)間長。這是支護(hù)效果不理想最主要的原因。

3 地質(zhì)構(gòu)造段膠帶巷錨桿、錨索支護(hù)及噴漿參數(shù)

針對(duì)巷道支護(hù)效果差的現(xiàn)象，對(duì)地質(zhì)構(gòu)造做了充分的物探，改進(jìn)錨桿安裝設(shè)備的型號(hào)，提高工人素質(zhì)，對(duì)錨桿錨索作業(yè)進(jìn)行嚴(yán)格要求，最重要的是選擇了合適的相互匹配的錨桿錨索，進(jìn)行了合理的錨網(wǎng)索支護(hù)，支護(hù)平面和剖面布置建議方案如圖1和圖2所示。

頂板為5根錨桿，間距1000 mm；兩幫各4根錨桿，間距為1000 mm；錨桿排距為1200 mm。其具體支護(hù)參數(shù)為：

3.1 頂板和兩幫支護(hù)

（1）頂部支護(hù)

選用Φ20×2000mm左旋螺紋鋼高強(qiáng)度錨桿，匹配150×150×10 mm高強(qiáng)拱形托盤與高強(qiáng)螺母。加長樹脂錨固，鉆孔直徑≤30 mm，使用2支K2360型錨固劑，錨桿預(yù)緊力矩不低于250 N?m。使用Φ12 mm螺紋鋼制作的4400×70mm頂鋼帶，使用12#菱形鐵絲網(wǎng)，網(wǎng)格大小為50×50mm，網(wǎng)尺寸為5100×1300mm，幫網(wǎng)相鄰網(wǎng)搭接約100mm，鐵絲鈕扣聯(lián)結(jié)，鋼帶必須壓住兩片網(wǎng)搭接部分。

（2）幫部支護(hù)

選用Φ20×1800mm左旋螺紋鋼高強(qiáng)度錨桿，匹配150×150×10mm高強(qiáng)拱形托盤與高強(qiáng)螺母。加長樹脂錨固，鉆孔直徑≤30 mm，使用1支K2360型錨固劑，錨桿預(yù)緊力矩不低于150 N?m。使用Φ12 mm螺紋鋼制作的3200×70mm頂鋼帶，使用12#菱形鐵絲網(wǎng)，網(wǎng)格大小為50×50mm，網(wǎng)尺寸為3300×1300mm，幫網(wǎng)相鄰網(wǎng)搭接約100mm，鐵絲鈕扣聯(lián)結(jié)，鋼帶必須壓住兩片網(wǎng)搭接部分。

3.2 頂板錨索

使用Φ17.8mm，長為6200mm，有效長度6000mm左右的1×7股高強(qiáng)度且低松弛鋼絞線制錨索，隔一排兩根，間排距1800×2400mm，并且緊跟掘進(jìn)迎頭來施工。錨索鉆孔直徑≤30mm，錨索用3卷樹脂錨固劑，錨固型號(hào)為3支K2360，理論錨固長度約1400mm左右。

錨索托盤：采用300×300mm×16mm的方形鋼板，錨索預(yù)緊力應(yīng)≥120 kN。

3.3 表面噴漿

設(shè)計(jì)方案中噴射混凝土強(qiáng)度是C20，噴射混凝土配比為:水泥:砂子:石子=1:2:2，剛開始噴時(shí)可適度減少石子摻量，水灰比為0.4～0.5。原材料按照重量計(jì)，稱量的允許偏差值：水泥和速凝劑均為±2%，砂子和石子均為±3%。設(shè)計(jì)方案中噴漿厚度為100 mm，剛開始噴射混凝土厚度是50～60 mm，且要及時(shí)進(jìn)行復(fù)噴，進(jìn)行復(fù)噴時(shí)間間隔不能超過2個(gè)小時(shí)，否則應(yīng)該使用高壓水重新沖洗受噴面。

圖1 遇地質(zhì)構(gòu)造段膠帶巷錨桿、錨索布置平面圖

圖2 遇地質(zhì)構(gòu)造段膠帶巷頂部錨桿、錨索布置剖面圖

4 支護(hù)效果監(jiān)測(cè)分析

通過對(duì)各個(gè)測(cè)站的巷道表面變形量進(jìn)行監(jiān)測(cè)，匯總各個(gè)測(cè)站的觀測(cè)數(shù)據(jù)，如圖3是巷道斷面的變形量，圖4是巷道表面的變形速度。

在礦壓觀測(cè)的前10 d范圍內(nèi)巷道變形增加的速度比較快，隨著觀測(cè)時(shí)間的增加，巷道表面的變形速度逐漸減??；在礦壓觀測(cè)的10～20 d范圍內(nèi)，巷道變形趨于穩(wěn)定，但是在礦壓觀測(cè)的21～38 d范圍內(nèi)巷道受地質(zhì)條件的影響又開始出現(xiàn)不穩(wěn)定的情況，由于巷道圍巖的巖性不同以及巷道圍巖各個(gè)位置的受力不均勻，導(dǎo)致巷道各個(gè)部分的變形破壞情況不相同，嚴(yán)重的地方會(huì)出現(xiàn)巷道片幫、脫皮的現(xiàn)象。最后結(jié)果在監(jiān)測(cè)的第39 d開始逐步趨于穩(wěn)定，最終巷道兩幫移近量約為150 mm，頂?shù)装逡平考s為250 mm，說明此支護(hù)方式能夠有效控制圍巖變形，保證礦井安全生產(chǎn)。

圖3 巷道斷面的變形量

圖4 巷道表面的變形速度

5 結(jié)論

南河煤業(yè)15#煤層現(xiàn)開采開拓過程中，巷道支護(hù)效果很差，最主要的原因是錨桿錨索不匹配，錨固性差。通過改進(jìn)錨固設(shè)備，頂錨桿選用Φ20×2000mm左旋螺紋鋼高強(qiáng)度錨桿，幫錨桿選用Φ20×1800mm左旋螺紋鋼高強(qiáng)度錨桿，使用Φ17.8mm，長為6200mm，有效長度6000mm左右的1×7股高強(qiáng)度且低松弛鋼絞線制錨索，對(duì)巷道進(jìn)行了支護(hù)設(shè)計(jì)并現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證，最終巷道兩幫移近量約為150mm，頂?shù)装逡平考s為250mm，說明圍巖控制改進(jìn)技術(shù)取得了明顯的進(jìn)步，保證了礦井的安全生產(chǎn)。