大斷面回采巷道錨網(wǎng)索支護(hù)技術(shù)優(yōu)化

陳曉寧

（山西霍寶干河煤礦有限公司，山西 臨汾 041600）

1 工程概況

干河煤礦位于山西省洪洞縣，開采2號(hào)煤層，煤層平均厚度為4.2 m，平均傾角為4°，2號(hào)煤層直接頂為泥巖，平均厚3.9 m，基本頂為細(xì)粒砂巖，平均厚3.1 m，直接底為粉砂巖，老底為泥巖。采煤方法為綜合機(jī)械化一次采全高。

干河煤礦102工作面1021運(yùn)輸巷道沿煤層頂板掘進(jìn)，設(shè)計(jì)為矩形斷面，掘進(jìn)毛寬5.0 m，毛高3.8 m，毛斷面19 m2。1021運(yùn)輸巷道相鄰106工作面采空區(qū)，巷道與采空區(qū)之間煤柱寬度為25 m，處于106工作面回采引起的應(yīng)力集中區(qū)（見圖1），原錨網(wǎng)（梁）與錨索聯(lián)合支護(hù)不能滿足要求，影響工作面的正常推進(jìn)。由于1021運(yùn)輸巷道處于應(yīng)力較高的區(qū)域，在102工作面回采時(shí)，易發(fā)生頂板下沉、底板鼓起、兩幫變形較大等現(xiàn)象，不能保證工作面的安全回采［1］，需針對(duì)支護(hù)方式進(jìn)行優(yōu)化，進(jìn)而提高巷道掘進(jìn)速度，改善巷道支護(hù)效果［2-3］。

圖1 102工作面布置

2 支護(hù)方式優(yōu)化設(shè)計(jì)

2.1 原支護(hù)方式存在問題

（1）在對(duì)原有支護(hù)材料中的錨桿及螺母、錨索及鎖具、錨桿托板等進(jìn)行力學(xué)性能試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，分析原有支護(hù)材料存在的不足，提出支護(hù)材料改進(jìn)方案，引進(jìn)開發(fā)新型支護(hù)材料，主要包括錨桿、錨索托板及其附件。通過在井下對(duì)錨桿減摩墊圈作用進(jìn)行了現(xiàn)場實(shí)測，結(jié)果表明，相同錨桿預(yù)緊扭矩時(shí)，減摩墊圈能大幅提高錨桿預(yù)緊力。

（2）原有組合構(gòu)件和護(hù)表構(gòu)件主要為鋼筋托梁和金屬網(wǎng)，鋼筋托梁主要問題在于托梁間距為54 mm，間距過小，護(hù)表作用有限。

（3）原有錨固劑主要有兩類：CK2340和Z2388。在使用過程中，多數(shù)頂幫錨桿兩種錨固劑各用一支，主要問題有：錨固劑過長，不便操作；錨固長度過長，在條件簡單的巷道中，增加了支護(hù)材料成本。鑒于以上問題，將錨固劑改為兩類，CK2340 和Z2360。頂板錨桿采用一長一短兩支錨固劑，幫錨桿采用一支長錨固劑，錨索采用一短兩長錨固劑，通過井下錨固力實(shí)測，能滿足要求，減小錨固劑長度，便于施工，節(jié)省支護(hù)材料。

（4）通過在實(shí)驗(yàn)室對(duì)干河礦原有支護(hù)材料進(jìn)行力學(xué)性能測試，錨桿桿體及螺母能滿足要求。根據(jù)本礦其他工作面回采巷道經(jīng)驗(yàn)，Φ21.6 mm錨索承載力偏低，鎖具力學(xué)性能符合要求，原有錨桿、錨索托板均不符合要求，需要開發(fā)新型托板。

2.2 支護(hù)參數(shù)優(yōu)化

分析巷道錨網(wǎng)梁原支護(hù)方式存在不足之處，進(jìn)行一系列優(yōu)化措施。通過不同厚度托板承載力對(duì)比，采用錨桿、錨索拱形高強(qiáng)度托板，并配備成套的調(diào)心球墊，使桿體索體合理受力；采用減摩墊圈，大幅提高錨桿預(yù)緊力；優(yōu)化錨索直徑為21.8 mm的高強(qiáng)度鋼絞線；對(duì)錨固劑進(jìn)行優(yōu)選；加大護(hù)表強(qiáng)度，將原鋼筋托梁替換為新型W鋼護(hù)板。巷道支護(hù)方式見圖2。

（1）頂板支護(hù)

采用Φ22 mm，長2.4 m的左旋縱筋螺紋鋼錨桿，間排距為900 mm×1000 mm；采用規(guī)格為150 mm×150 mm×8 mm的拱型高強(qiáng)度托盤，配減摩墊圈；錨桿采用兩支低粘度錨固劑：分別為Z2360和CK2340，錨固長度為1.2 m；錨索采用Φ21.8 mm，長5.3 m的高強(qiáng)度低松弛預(yù)應(yīng)力鋼絞線，排距為2000 mm，使用300 mm×300 mm×14 mm拱形錨索托板，配減摩墊圈，錨索采用三支低粘度錨固劑：分別為K2335和兩支Z2360，錨固長度為2 m。

采用厚度為3 mm，長45 mm，寬280 mm的W鋼護(hù)板，錨桿扭矩不低于400 N·m；采用10#鐵絲編織的菱形金屬網(wǎng)護(hù)頂，網(wǎng)孔規(guī)格為50 mm×50 mm，網(wǎng)片規(guī)格為5200 mm×1100 mm。

（2）兩幫支護(hù)

兩幫采用Φ22 mm，長2.4 m的左旋縱筋螺紋鋼錨桿，間排距為1000 mm×1000 mm；采用規(guī)格為150 mm×150 mm×8 mm的拱型高強(qiáng)度托盤；錨桿采用一支低粘度錨固劑：Z2360，錨固長度為0.76 m。

采用規(guī)格為150 mm×150 mm×8 mm，高≥38 mm的拱形高強(qiáng)度托盤，配減摩墊圈；采用厚度為3 mm，長45 mm，寬280 mm的W鋼護(hù)板。錨桿扭矩不低于400 N·m。

圖2 優(yōu)化后錨網(wǎng)與錨索聯(lián)合支護(hù)方式

3 支護(hù)效果分析

102工作面回采期間，在1021運(yùn)輸巷道650～400 m段，總體來說超前影響段變形不大，巷寬最窄處為4.5 m，大部分為4.8 m左右，有少量底鼓，正常生產(chǎn)不受影響。在400～200 m段，巷寬基本在4.2 m左右，部分巷寬僅為3.7 m，需要少量刷幫，變形主要發(fā)生在實(shí)體煤側(cè)幫。400～200 m段兩幫有大量網(wǎng)包，主要出現(xiàn)在巷幫中部兩層煤分界處。

回采期間在距工作面139 m（巷道里程460 m）處布置1個(gè)表面位移測站，監(jiān)測至回采結(jié)束，此時(shí)回采面推到離測站10 m處。監(jiān)測結(jié)果見圖3。

圖3 回采期間表面位移變化

從測站距離回采面139 m到距回采面10 m，頂板下沉了10 mm，煤柱側(cè)幫移近了32 mm，實(shí)體煤側(cè)幫移近了73 mm，兩幫總共移近了105 mm，底板鼓起210 mm。可見測站處主要變形發(fā)生在底鼓，實(shí)體煤側(cè)幫移近量要遠(yuǎn)大于煤柱側(cè)。與非臨近采空區(qū)的1022回風(fēng)巷道相比，1022回風(fēng)巷道采用原支護(hù)方式進(jìn)行支護(hù)，1021運(yùn)輸巷道采用優(yōu)化支護(hù)設(shè)計(jì)后底鼓和兩幫移近量僅為1022回風(fēng)巷道的一半左右。證明本次針對(duì)1021巷道支護(hù)優(yōu)化取得了良好的應(yīng)用效果。

綜合分析回采期間礦壓顯現(xiàn)情況，底鼓是變形的主要形式，但不影響正常生產(chǎn)；實(shí)體煤側(cè)幫移近要遠(yuǎn)大于煤柱側(cè)幫移近量，局部實(shí)體煤側(cè)幫需要刷幫維護(hù)。

4 結(jié)語

針對(duì)干河礦1021運(yùn)輸巷臨近采空區(qū)圍巖變形嚴(yán)重的問題，采用理論分析和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)針對(duì)巷道支護(hù)方式進(jìn)行了優(yōu)化，應(yīng)用新型支護(hù)材料，大幅提高錨桿、錨索預(yù)緊力，取消鋼筋托梁，采用單體錨桿配套W鋼護(hù)板，簡化施工工藝?，F(xiàn)場試驗(yàn)表明，支護(hù)方式優(yōu)化后，圓班進(jìn)尺由9 m增加到11.7 m，1021運(yùn)輸巷掘進(jìn)速度大幅提高，在回采期間很好地控制了巷道變形，大幅減少維修量，取得了很好的支護(hù)效果。