大埋深托頂煤全錨索支護(hù)改革試驗(yàn)技術(shù)研究與應(yīng)用

王鵬鵬 王 岳 曹 正

（山東新巨龍能源有限責(zé)任公司，山東 菏澤 274900）

隨著開采深度的不斷增大，新巨龍公司工作面回采順槽受采動(dòng)及采空區(qū)側(cè)向支承壓力影響，煤柱失穩(wěn)變形嚴(yán)重，巷道圍巖變形量大，尤其強(qiáng)卸壓排粉后，實(shí)體幫煤體結(jié)構(gòu)遭到破壞，密度和強(qiáng)度降低，支撐能力下降，圍巖變形加劇[1-2]。為控制回采順槽大變形破壞，公司以大埋深托頂煤條件下的-980邊界延深通道支護(hù)作為研究對(duì)象，通過采用理論分析、數(shù)值模擬相結(jié)合的研究方法，對(duì)標(biāo)分析了巷道圍巖變形數(shù)據(jù)，優(yōu)化支護(hù)參數(shù)，保證施工安全。

1 工程概況

-980邊界延深通道自導(dǎo)線點(diǎn)以北168m開門，開門點(diǎn)底板標(biāo)高-904.7m，以方位角342.5°沿煤層底板施工1262m貫通。本區(qū)域煤巖層大致為一走向近南北的向斜構(gòu)造西翼，走向30～240°，傾向300～330°，傾角3～6°，3煤頂板砂巖含水層約占山西組的31%左右，為3煤的直接頂板。砂巖單層厚度一般4～20m。巖性一般以細(xì)砂巖、中砂巖及細(xì)砂巖和粉砂巖互層為主，局部為粗砂巖，富水不均勻，富水性中等。

巷道斷面為矩形，凈寬4.8m，凈高4.0m，S凈=19.2m2；荒寬5.1m，荒高4.15m，S荒=21.2m2。水溝布置在東幫，凈寬×凈深=0.3m×0.3m，鋪塑料水槽。

2 支護(hù)形式介紹

2.1 原支護(hù)方案

采用“錨帶網(wǎng)索”作為永久支護(hù)，頂板支護(hù)錨桿采用MSGLW-600/22×2500無縱肋螺紋鋼樹脂錨桿，配合W鋼帶（規(guī)格長(zhǎng)4800mm，眼距900mm）壓鋼筋網(wǎng)進(jìn)行支護(hù)，兩幫錨桿采用MSGLW-600/22×2500無縱肋螺紋鋼式樹脂錨桿，使用規(guī)格為150×150×10mm的錨桿托盤壓鋼筋網(wǎng)（規(guī)格2400/1700×1000mm）支護(hù)，配W鋼帶（規(guī)格長(zhǎng)2100/1200mm，眼距900mm）支護(hù)[3]。兩幫頂角錨桿向巷道頂板傾斜，與水平夾角為10～30°，配偏凸托盤。底角錨桿向巷道底板傾斜，與水平夾角為10～30°，配偏凸托盤（可使用修復(fù)托盤）。

頂板錨索布置在巷道頂板鋼帶之間，每排4棵，間排距為1200×2000mm。中間兩棵錨索垂直頂板打設(shè)，兩側(cè)錨索向巷道兩側(cè)傾斜，與鉛垂線夾角為20～30°。錨索采用Φ21.8mm×8300mm高預(yù)應(yīng)力鋼絞線，確保錨索錨入穩(wěn)定基巖深度不小于1.5m。兩幫鋼帶之間打設(shè)一根錨索，排距為3000mm，距頂板2150mm，西幫采用Φ21.8mm×6300mm高預(yù)應(yīng)力鋼絞線，東幫采用Φ21.8mm×4300mm高預(yù)應(yīng)力鋼絞線，配300×300×16mm的錨索盤，錨索垂直于煤壁打設(shè)[2-4]。

2.2 支護(hù)改革

頂板支護(hù)錨桿改為注漿錨索，配合5眼W鋼帶（規(guī)格長(zhǎng)4800mm，眼距1125mm）壓鋼筋網(wǎng)進(jìn)行支護(hù)。頂板鋼帶中間眼位錨索為6300mm注漿錨索，配規(guī)格為300×300×16mm托盤；其他眼位錨索為3800mm注漿錨索，配規(guī)格為150×150×10mm托盤。采用SKZ22-1/1770-3800～6300mm中空注漿錨索；頂板中間錨索必須垂直于巷道巖面，兩肩窩錨索向巷道兩幫傾斜，與鉛垂線夾角為10～30°。每棵錨索采用3支MSK(慢)2350型樹脂錨固劑進(jìn)行錨固[3]。單根錨索設(shè)計(jì)錨固力應(yīng)大于200kN，在漲拉錨索時(shí)錨索的預(yù)緊力應(yīng)不低于180kN，錨索間排距1125×1000mm。注漿拖后迎頭不大于80m。

原頂板支護(hù)錨索改為SKZ22-1/1770-8300mm中空注漿錨索，每棵錨索采用3支MSZ2350型樹脂藥卷錨固，錨入穩(wěn)定的基巖內(nèi)不低于1500mm。頂板完整時(shí)，錨索拖后迎頭6m打設(shè)，頂板較破碎時(shí)，拖后迎頭不大于3m施工。注漿拖后迎頭不大于80m。

2.3 注漿錨索與普通高強(qiáng)錨索參數(shù)對(duì)比

本次實(shí)驗(yàn)采用SKZ22-1/1770中空注漿錨索，為了對(duì)比SKZ22-1/1770中空注漿錨索與普通錨索參數(shù)的優(yōu)越特征，本文統(tǒng)計(jì)了中空注漿錨索及普通高強(qiáng)錨索技術(shù)參數(shù)（表1）。

3 觀測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比分析

（1）巷道變形數(shù)值。選取支護(hù)改革實(shí)施前后的10個(gè)圍巖變形觀測(cè)站，獲得觀測(cè)數(shù)據(jù)（表2、表3），通過支護(hù)前后巷道圍巖變形幅度對(duì)比發(fā)現(xiàn)，采用大埋深托頂煤全錨索支護(hù)后的巷道圍巖變形幅度明顯減小。

表1 中空注漿錨索及普通高強(qiáng)錨索技術(shù)參數(shù)

表2 支護(hù)改革前后巷道圍巖變形最大量對(duì)比

表3 支護(hù)改革前后巷道圍巖變形平均量對(duì)比

（2）圍巖變形曲線分析。原支護(hù)方案：根據(jù)大埋深托頂煤-980邊界延深通道圍巖變形曲線（圖1）分析，支護(hù)改革前，巷道圍巖整體變形較大。最大變形量：兩幫最大移近3024mm，頂?shù)装遄畲笠平?100mm；其中，煤柱側(cè)上幫最大移近1320mm，下幫最大移近1704mm，頂板最大下沉831mm，底鼓最大1269mm。平均變形量：兩幫平均移近2649mm，頂?shù)装迤骄平?780mm；其中，煤柱側(cè)上幫平均移近1309mm，下幫平均移近1340mm，頂板平均下沉750mm，底鼓平均1030mm。55#表面位移測(cè)站于2017年9月8日初設(shè)，隨工作面推采，圍巖變形量逐漸增大，至2018年1月30日撤除，兩幫總移近3024mm，頂?shù)装蹇傄平?039mm。其中，上幫移近1320mm，下幫移近1704mm，頂板下沉923mm，底鼓1116mm。

圖1 2303N工作面上巷支護(hù)改革前圍巖變形曲線

支護(hù)改革后：-980邊界延深通道支護(hù)改革后，巷道圍巖整體變形量明顯減小。最大變形量：該巷兩幫最大移近2336mm，頂?shù)装遄畲笠平?563mm；其中，煤柱側(cè)上幫最大移近1133mm，下幫最大移近1203mm，頂板最大下沉681mm，底鼓最大882mm。平均變形量：該巷兩幫平均移近1425mm，頂?shù)装迤骄平?74mm；其中，煤柱側(cè)上幫平均移近728mm，下幫平均移近697mm，頂板平均下沉334mm，底鼓平均540mm。66#表面位移測(cè)站于2017年10月30日初設(shè)，隨工作面推采，圍巖變形增量不明顯，支護(hù)改革后，至2018年4月20日撤除，兩幫總移近2336mm，頂?shù)装蹇傄平?154mm。其中，上幫移近1133mm，下幫移近1203mm，頂板下沉312mm，底鼓842mm，較未采取支護(hù)改革措施前的55#測(cè)點(diǎn)變形量明顯減小。

（3）支護(hù)前后對(duì)比結(jié)果。通過支護(hù)改革前后礦壓觀測(cè)對(duì)比分析，巷道兩幫平均移近減少1224mm，頂?shù)装迤骄平鼫p少906mm。

4 結(jié)束語

在大埋深托頂煤巷道支護(hù)時(shí)，用錨索替代錨桿，增加了錨固厚度；用注漿錨索代替普通高強(qiáng)錨索，保證了錨固層的整體性。通過礦壓觀測(cè)對(duì)比分析，支護(hù)改革后大埋深托頂煤巷道兩幫平均移近量減少330mm，頂?shù)装迤骄平鼫p少135mm；兩幫平均移近減少1224mm，頂?shù)装迤骄平鼫p少906mm。大埋深托頂煤全錨索支護(hù)改革試驗(yàn)支護(hù)效果顯著，圍巖變形得到有效控制，為工作面順利推采提供了有利條件。