綜放工作面回采順槽掘進(jìn)支護(hù)技術(shù)優(yōu)化分析

韓海洋

（大同煤礦集團(tuán)同發(fā)東周窯煤業(yè)有限公司，山西 大同 037000）

對煤礦回采工作面巷道的掘進(jìn)支護(hù)工作而言，巷道的安全性尤為重要，高強(qiáng)的巷道支護(hù)技術(shù)可以作為當(dāng)前一項(xiàng)較為重要的安全保障措施。東周窯礦2102皮帶順槽巷道由于煌斑巖侵入導(dǎo)致節(jié)理裂隙十分發(fā)育且呈現(xiàn)無規(guī)則分布形態(tài)，巷道礦壓顯現(xiàn)較為劇烈，存在支護(hù)強(qiáng)度不夠的問題。在對施工現(xiàn)場進(jìn)行地質(zhì)力學(xué)調(diào)查的基礎(chǔ)上，提出了回采巷道強(qiáng)錨桿、索支護(hù)技術(shù)。該技術(shù)主要采用高預(yù)應(yīng)力強(qiáng)錨桿與錨索耦合支護(hù)，對安全高效開采具有重要意義。

1 地質(zhì)概況及地質(zhì)力學(xué)測試分析

1.1 巷道布置

同發(fā)東周窯煤礦8102綜放工作面位于4#煤層一盤區(qū)，2102皮帶順槽沿4#煤層底板掘進(jìn)，巷道凈斷面寬5.5m，高3.5m，巷道長度1217m。8102工作面布置如圖1所示。

圖1 8102工作面平面布置

1.2 煤層賦存特征及頂?shù)装鍘r性

根據(jù)鉆孔資料及掘進(jìn)巷道揭露，4#煤層的厚度為2.67～8.58m，平均6.09m。煤層結(jié)構(gòu)復(fù)雜，受煌斑巖侵入的影響，含有1～5層的夾矸，夾矸最大厚度是1.93m，最小厚度是0.23m，巖性大多數(shù)是砂質(zhì)泥巖、炭質(zhì)泥巖，其次是粘土質(zhì)泥巖、泥巖。煤層的傾角為1°～4°，平均2.5°。

1.3 地質(zhì)構(gòu)造情況

根據(jù)盤區(qū)大巷掘進(jìn)期間揭露可知，在2102皮帶順槽掘進(jìn)至532m附近遇落差2.8m的斷層，在2102皮帶順槽掘進(jìn)至878m附近遇落差3.5m的斷層。根據(jù)盤區(qū)巷掘進(jìn)期間揭露和地面鉆孔煤層結(jié)構(gòu)分析可知，該工作面局部地區(qū)有煌斑巖侵入。

1.4 頂板煤巖體強(qiáng)度測試、巖層結(jié)構(gòu)分析

針對東周窯煤礦的地應(yīng)力測量結(jié)果，按照地應(yīng)力判斷標(biāo)準(zhǔn)，屬于中等應(yīng)力區(qū)。

通過在2102皮帶順槽進(jìn)行的頂板煤巖體強(qiáng)度測試、頂板鉆孔結(jié)構(gòu)窺視，井下現(xiàn)場測試結(jié)果分析可知：

（1）2102皮帶順槽190m位置處頂板強(qiáng)度測試結(jié)果，頂板巖性強(qiáng)度變化較大，0～1.5m處砂巖的強(qiáng)度為84～103MPa，1.5～2.4m處煤體強(qiáng)度為6～10MPa。

（2）測試結(jié)果分析可知，受煌斑巖的影響，煤體的強(qiáng)度由10～25MPa降低為5～10MPa，同時煌斑巖自身節(jié)理裂隙較多、不完整，強(qiáng)度在50～100MPa變化。

（3）通過頂板結(jié)構(gòu)鉆孔窺視結(jié)果綜合分析，頂板淺部約2.4m處結(jié)構(gòu)較為完整，深部7.0m左右處結(jié)構(gòu)較為完整。

2 回采順槽掘進(jìn)支護(hù)方案優(yōu)化

為確保2102皮帶順槽的安全掘進(jìn)，根據(jù)圍巖變形特征和內(nèi)部結(jié)構(gòu)條件，確定采用強(qiáng)錨桿索聯(lián)合支護(hù)體系，并對新開挖巷道的圍巖附加強(qiáng)邊界條件，使其具有很強(qiáng)的承載力，充分發(fā)揮連續(xù)巖體自身的主動承載力，進(jìn)而抵抗圍巖在應(yīng)力重分布過程中的變形運(yùn)動。

根據(jù)巷道支護(hù)形式和參數(shù)選擇優(yōu)化分析，對2102皮帶順槽原支護(hù)方案進(jìn)行優(yōu)化，提出2102皮帶順槽強(qiáng)力錨桿支護(hù)優(yōu)化設(shè)計。

2.1 2102皮帶順槽原支護(hù)方案

4#煤層2102皮帶順槽為矩形斷面，掘?qū)挕粮?5700×3600mm，凈寬×高=5500×3500mm，原支護(hù)設(shè)計方案支護(hù)布置如圖2所示。

圖2 原2102皮帶順槽支護(hù)參數(shù)圖

錨桿均采用Ф20×2200mm的高強(qiáng)度無縱肋螺紋鋼錨桿，排間距頂部900×1020mm、幫部900×900mm，頂、幫錨桿均采用高強(qiáng)球型托盤，其規(guī)格為長×寬×厚=150×150×10mm，幫錨桿采用450×280×4.75mm橫縱向雙向加強(qiáng)護(hù)幫板，其中角錨桿W型鋼護(hù)板橫向布置，幫錨桿W型鋼護(hù)板豎向布置，角錨桿與幫錨桿同一排，幫錨桿與頂錨桿間距錯開450mm。每根錨桿使用1支CK2335型和1支CK2350型錨固劑進(jìn)行錨固，錨固力不低于85kN，扭矩不低于200N·m。頂板W型鋼帶規(guī)格為5400×280×3mm，排距為900mm。

錨索采用耦合均讓壓鳥窩錨索，規(guī)格為Ф17.8×8300mm，排間距2700×1500mm；采用高強(qiáng)球型托盤，規(guī)格為300×300×12mm，“三-三”布置；每根錨索使用3支CK2350型錨固劑進(jìn)行錨固，預(yù)緊力不低于100kN，錨固力不低于200kN。

頂板網(wǎng)片采用Ф6.0-100×100鋼筋焊網(wǎng)，幫部采用網(wǎng)孔50×50mm的8#鉛絲菱形金屬網(wǎng)，幫網(wǎng)與頂網(wǎng)搭接長度為400mm，其余部分網(wǎng)片搭接長度為200mm。

2.2 2102皮帶順槽強(qiáng)力錨桿支護(hù)優(yōu)化設(shè)計

2102皮帶順槽掘進(jìn)期間不受動壓影響，僅在8102工作面回采期間受到超前支承壓力影響。但由于煌斑巖侵入導(dǎo)致節(jié)理裂隙十分發(fā)育且呈現(xiàn)無規(guī)則分布形態(tài)，巷道礦壓顯現(xiàn)較為劇烈，為此支護(hù)強(qiáng)度應(yīng)適當(dāng)加強(qiáng)，使2102皮帶順槽在煌斑巖侵入下掘進(jìn)期間和本工作面回采期間能保持安全和穩(wěn)定。順槽巷道斷面布置如圖3所示。

圖3 2102皮帶順槽支護(hù)優(yōu)化后布置

（1）頂板支護(hù)。錨桿形式和規(guī)格：桿體是500#左旋無縱筋螺紋鋼筋，屈服強(qiáng)度大于等于500MPa，直徑22mm，長2.4m。錨固方式：樹脂的全長度錨固，用3支錨固劑，1支MSK2535，2支MSM2550低粘度慢速錨固劑，鉆孔直徑為30mm，錨固長度2028mm，錨固力設(shè)計為190kN。錨桿配件：使用強(qiáng)力錨桿扭矩螺母，配套使用高強(qiáng)度托板調(diào)心球墊、尼龍墊圈，托板選用高強(qiáng)度拱型，鋼材屈服強(qiáng)度大于等于235MPa，規(guī)格150×150×10mm，高度不小于36 mm，托板的承載能力應(yīng)與桿體尾部螺紋承載力相匹配，強(qiáng)度大于等于尾部螺紋的極限拉斷力。W鋼帶：選取W鋼帶護(hù)頂，厚度大于等于4mm，寬度280mm，長度5400mm。網(wǎng)片規(guī)格：選取6.5mm鋼筋焊接的鋼筋網(wǎng)進(jìn)行護(hù)頂，網(wǎng)孔規(guī)格100×100mm，網(wǎng)片規(guī)格5900×100mm，網(wǎng)之間交接100mm。錨桿布置：錨桿的排距是900mm，每排布置7根錨桿，錨桿的間距是850mm。錨桿預(yù)緊扭矩需要達(dá)到400N·m，而且不可大于550N·m。錨桿全部垂直巖面打設(shè)。

錨索形式和規(guī)格：錨索材料是21.8mm、119股的高強(qiáng)度低松弛預(yù)應(yīng)力鋼絞線，錨索極限破斷拉力是582kN，最大力總伸長率大于等于5%，長度7300mm，鉆孔直徑30mm，選用2支MSK2535和2支MSM2550樹脂錨固劑，錨固長度2501mm。錨索托板：選取高強(qiáng)度拱形錨索托盤，規(guī)格是300×300×14 mm，材質(zhì)為Q235鋼，高度大于等于60mm，配套使用調(diào)心球墊，承載力不能小于錨索的拉斷載荷。錨索布置：錨索采用“三-二-三”布置，錨索間距1700mm，排距1800mm，垂直頂板巖層打設(shè)。錨索的初始張拉達(dá)到300kN，預(yù)緊力在損失后大于等于240kN。

（2）巷幫支護(hù)。錨桿形式和規(guī)格：與優(yōu)化方案中頂板支護(hù)的選取規(guī)格相同。錨固方式：樹脂加長錨固，采用2支樹脂錨固劑，1支為MSK2535，1支為MSM2550低粘度慢速錨固劑，鉆孔直徑30mm，錨固長度1277mm，錨固力設(shè)計為190kN。W鋼護(hù)板：選取W鋼護(hù)板厚度大于等于4mm，寬度280mm，長度450mm。錨桿配件：與優(yōu)化方案中頂板支護(hù)的選取規(guī)格相同。網(wǎng)片規(guī)格：選用菱形的金屬網(wǎng)來護(hù)幫，材料是8#鐵絲，網(wǎng)孔的規(guī)格為50×50mm，網(wǎng)片的規(guī)格為3300×1000mm，網(wǎng)片之間交接長度100mm。錨桿布置：錨桿排距900mm，每排布置4根錨桿，間距900mm。錨桿預(yù)緊扭矩需要達(dá)到400N·m，而且不可大于550N·m。錨桿全部垂直巖面打設(shè)。

3 結(jié)論

（1）通過對綜放工作面回采順槽掘進(jìn)支護(hù)技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化，采用強(qiáng)力錨桿、錨索聯(lián)合支護(hù)，將增加新開挖巷道圍巖周圍的強(qiáng)邊界條件，使其具有較強(qiáng)的承載力，充分發(fā)揮連續(xù)巖體本身的主動承載力，進(jìn)而抵抗圍巖在應(yīng)力重分布過程中的變形運(yùn)動。

（2）由于煌斑巖侵入導(dǎo)致節(jié)理裂隙十分發(fā)育且呈現(xiàn)無規(guī)則分布形態(tài)，巷道礦壓顯現(xiàn)較為劇烈。通過對回采面順槽巷道掘進(jìn)支護(hù)技術(shù)方案的優(yōu)化，從而起到加強(qiáng)支護(hù)強(qiáng)度的作用，確保了2102回采順槽在煌斑巖侵入下掘進(jìn)期間和工作面回采期間巷道的安全及穩(wěn)定。