煤礦軟巖回采巷道錨桿支護(hù)技術(shù)應(yīng)用

摘 要：軟巖回采巷道支護(hù)是煤炭開采中的一項(xiàng)關(guān)健技術(shù)，合理、安全、可靠的巷道支護(hù)技術(shù)是實(shí)現(xiàn)礦井高產(chǎn)高效的必備條件，袁店二井煤礦主采煤層7、10煤層頂板為泥質(zhì)粉砂巖或泥巖，呈層狀，性脆，裂隙發(fā)育;底板為泥巖，遇水易膨脹泥化，屬于典型的軟巖回采巷道，架棚支護(hù)是一種被動(dòng)支護(hù)，易造成巷道兩幫及頂?shù)装嬉平看?，支架損壞嚴(yán)重，易出現(xiàn)前掘后修的現(xiàn)象，嚴(yán)重影響安全生產(chǎn)。在國內(nèi)外大量軟巖回采巷道錨桿支護(hù)技術(shù)實(shí)踐的基上，安徽省淮北礦業(yè)集團(tuán)袁店二井煤礦83采區(qū)7238工作面回采巷道掘進(jìn)時(shí)應(yīng)用了錨桿、錨索支護(hù)技術(shù)，取得了成功，獲得了較大的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

關(guān)鍵詞：軟巖回采巷道;支護(hù)設(shè)計(jì);錨桿;錨索

0引? 言

自1872年英國北威爾士露天頁巖礦首次應(yīng)用錨桿加固邊坡及1912年德國謝列茲礦最先采用錨桿支護(hù)井下巷道以來，錨桿支護(hù)技術(shù)至今已有一百多年的歷史。我國于20世紀(jì)50年代開始試用錨桿支護(hù)技術(shù)，至70年代前期還處于探索階段，直到1978年才開始重點(diǎn)推廣，80年代開始向英國學(xué)習(xí)錨桿支護(hù)技術(shù)后推廣到煤巷支護(hù)，90年代又向澳大利亞學(xué)習(xí)引進(jìn)成套先進(jìn)的錨桿支護(hù)技術(shù)，目前已得到較廣泛的推廣和應(yīng)用，錨桿支護(hù)作為一種主動(dòng)支護(hù)方式，也是煤礦常用的主要的支護(hù)形式，目前安徽省淮北礦業(yè)集團(tuán)煤礦回采巷道普遍采用錨桿支護(hù)的方式。但對(duì)軟巖回采巷道的錨桿支護(hù)效果一般，需要不斷的探索改進(jìn)，怎么選擇一種適合軟件回采巷道的錨桿支護(hù)方式，是存在軟巖回采巷道掘進(jìn)礦井的一個(gè)實(shí)際施工難題和研究方向，需要不斷的實(shí)踐總結(jié)。

1、軟巖回采巷道特點(diǎn)

軟巖本身具有崩解性、膨脹性和觸變性的基本屬性，軟巖回采巷道的表象特征為：頂板下沉、兩幫漲幫、底板鼓起，其特點(diǎn)是：軟巖易風(fēng)化、遇水易膨脹;軟巖地壓大、來壓快、變形量大、且變形持續(xù)時(shí)間長;軟巖回采巷道自承能力低，底鼓明顯等。

2、軟巖回采巷道支護(hù)理論和原則

眾所周知，一種好的有效的支護(hù)方法必須和圍巖的變形特征相適應(yīng)，否則將導(dǎo)致支護(hù)體不同程度的破壞，制約礦井安全生產(chǎn)。

目前錨桿支護(hù)理論有懸吊理論、組合梁理論和加固拱理論等。懸吊理論是最早的錨桿支護(hù)理論、特別是在頂板上部有穩(wěn)定巖層，而其下部存在松散、破碎巖層的條件下，這種支護(hù)理論應(yīng)用比較廣泛。其主要缺陷是僅考慮了錨桿的抗拉作用，沒有涉及其抗剪能力及對(duì)破碎巖層整體強(qiáng)度的提高。組合梁理論充分考慮了錨桿對(duì)巖層離層與滑動(dòng)的約束作用，適用于層狀巖層。該理論認(rèn)為，錨桿提供的軸向力將對(duì)巖層離層產(chǎn)生約束，并且增大了各巖層間的摩擦力，與錨桿桿體提供的抗剪力一同阻止巖層間產(chǎn)生相對(duì)滑動(dòng)。加固拱理論認(rèn)為，即使在軟弱、松散、破碎的巖層中安裝錨桿，也可以形成一個(gè)承載結(jié)構(gòu)。軟巖回采巷道錨桿支護(hù)工藝要遵循四個(gè)原則：一是提高單根錨桿與單根錨索的強(qiáng)度，在保證支護(hù)強(qiáng)度不低于原有支護(hù)強(qiáng)度和巷道安全的前提下，減小錨桿密度，降低單位面積上錨桿數(shù)量，這樣實(shí)際施工工需要施工的錨桿數(shù)量就少了，從而施工的耗費(fèi)的人力物力等等都下降了，作業(yè)所需的時(shí)間也變得短了，施工效率就提高了，從支護(hù)設(shè)計(jì)上提高成巷速度;二是提高錨固系統(tǒng)的整體剛度，通過多種組合，比如錨桿金屬網(wǎng)組合、錨桿鋼帶組合、錨桿加固梁組合、錨桿錨索金屬網(wǎng)組合等多種多樣的組合，聯(lián)合成一個(gè)錨固系統(tǒng)整體，組就增加錨固區(qū)抵抗變形的能力，充分發(fā)揮大扭矩錨桿及高預(yù)緊力錨索的支護(hù)作用;三是大幅提高錨桿的預(yù)緊力， 錨桿支護(hù)的主動(dòng)、及時(shí)支護(hù)，主要體現(xiàn)在錨桿支護(hù)體系對(duì)巷道圍巖施加較大的、及時(shí)的初期支護(hù)阻力，初期支護(hù)阻力提高了圍巖的自承能力、有效控制了巷道圍巖變形。錨桿支護(hù)體系的初期支護(hù)阻力是由錨桿的初錨力產(chǎn)生的，初錨力則是由安裝錨桿時(shí)施加在錨桿上的預(yù)緊力產(chǎn)生的。錨桿預(yù)緊力是體現(xiàn)錨桿支護(hù)的主動(dòng)性、及時(shí)性的主要指標(biāo)。合理的預(yù)緊力可提高巖層的自支撐能力，保證整個(gè)錨桿支護(hù)體系充公發(fā)揮支護(hù)效能。提高錨桿控制圍巖的早期擴(kuò)容與離層的能力，通過這樣的控制最大限度地保持錨固煤巖體的完整性和承載能力，避免圍巖產(chǎn)生較大的變形，使其強(qiáng)度過早、過快地降低。四是提高組合件的強(qiáng)度與剛度。由于錨桿密度降低錨桿間的距離增大，為了有效控制錨桿之間煤巖的變形、松散破壞，需要增加金屬網(wǎng)或鋼帶的強(qiáng)度與剛度，一方面控制了破壞程度一方面提高了支護(hù)強(qiáng)度，這樣就能起到兼顧的支護(hù)效果。

四、軟巖回采巷道支護(hù)方法

由于軟巖回采巷道的特性，所以軟巖回采巷道的支護(hù)方法并不是單一的支護(hù)方式就可以奏效的，實(shí)踐證明軟巖回采巷道的支護(hù)必須采用聯(lián)合支護(hù)方式。根據(jù)國內(nèi)外軟巖回采巷道支護(hù)實(shí)踐，目前主要采用以下幾種支護(hù)方式：錨桿+噴射混凝土支護(hù)、錨桿+金屬網(wǎng)+噴射混凝土聯(lián)合支護(hù)、錨桿+金屬網(wǎng)+錨索聯(lián)合支護(hù)、錨桿+金屬網(wǎng)+噴射混凝土+注漿聯(lián)合支護(hù)等，同時(shí)根據(jù)設(shè)計(jì)斷面尺寸及現(xiàn)場圍巖狀況采取不同方式的加固措施補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)。

五、支護(hù)實(shí)例

安徽省淮北礦業(yè)集團(tuán)公司袁店二井煤礦八三采區(qū)7238回風(fēng)巷掘進(jìn)初期，設(shè)計(jì)采用錨桿支架支護(hù)，由于沿空掘進(jìn)礦壓顯現(xiàn)強(qiáng)烈，巷道變形嚴(yán)重，經(jīng)常出現(xiàn)反復(fù)修護(hù)的問題，也制約著安全生產(chǎn)。改用頂板支護(hù)采用規(guī)格為：Φ22mm，L=2400mm的高強(qiáng)左旋無縱筋螺紋鋼錨桿，配L=4400mm的M型鋼帶;金屬網(wǎng)采用8#鐵絲編織的菱形網(wǎng)，長×寬=5000×1000mm;托盤為M型鋼帶專用錨桿托盤，錨索規(guī)格為：Φ17.8×6300mm的鋼絞線，托盤為300×300×10mm的專用錨索托盤，錨索隔排打設(shè)（機(jī)巷每排3根，風(fēng)巷每排2根），間排距1600×1600mm。兩幫采用規(guī)格為：Φ22mm，L=2400mm的高強(qiáng)左旋無縱筋螺紋鋼錨桿（7236機(jī)巷沿空掘進(jìn)側(cè)巷幫采用Φ20mm，L=2200mm的等強(qiáng)全螺紋鋼錨桿），鋼帶采用L=2200mm，L=1700mm和L=1000mm的“M”型鋼帶搭接使用。配合8#鐵絲編織的規(guī)格為：長×寬=3000×1000mm菱形網(wǎng)聯(lián)合支護(hù)，錨桿托盤為M型鋼帶專用錨桿托盤。

沿采空區(qū)施工時(shí)，對(duì)沿空側(cè)頂（不小于巷寬1/2）、幫必須噴（注）漿封堵，噴漿厚度不小于100mm，預(yù)留中對(duì)中8米煤柱，保證封堵嚴(yán)密的同時(shí)讓現(xiàn)有的施工巷道與原巷道及預(yù)留煤柱連成一個(gè)整體，提高了現(xiàn)有施工巷道的支護(hù)強(qiáng)度。

現(xiàn)巷道設(shè)計(jì)矩形斷面，采用錨桿+錨索+錨網(wǎng)聯(lián)合支護(hù)，同時(shí)施工時(shí)采用“預(yù)留圍巖松動(dòng)圈、預(yù)留變形量、手鎬成形”施工工藝，以減少對(duì)圍巖的破壞，提高支護(hù)強(qiáng)度。支護(hù)參數(shù)如下：

考慮到本礦回采巷道沿空掘進(jìn)，所以在設(shè)計(jì)上大了安全系數(shù)，取L=2.4m、D=20mm、a=900mm。

2、錨索直徑為17.8mm， 錨索長度為6300mm，錨索間、排距為1600mm*1600mm。

3、金屬網(wǎng)采用8#鐵絲編織的菱形網(wǎng)，長×寬=5000×1000mm;

支護(hù)設(shè)計(jì)圖見下圖1所示。

采用錨桿+錨索+錨網(wǎng)聯(lián)合支護(hù)，并輔以“預(yù)留圍巖松動(dòng)圈、預(yù)留變形量、手鎬成形”施工工藝后，7238風(fēng)巷道掘進(jìn)了450m，巷道狀況良好，巷道變形量在設(shè)計(jì)允許變形量范圍內(nèi)，除局部巷道出現(xiàn)了底鼓需臥底處理外，未出現(xiàn)返修狀況，達(dá)到了預(yù)期目的。

六、結(jié)語

錨桿支護(hù)能有效控制圍巖變形，顯著改善了巷道支護(hù)效果，巷道僅需作臥底處理即可滿足安全生產(chǎn)需要。錨桿支護(hù)為主動(dòng)支護(hù)，支護(hù)成本比金屬支架架棚支護(hù)低。同時(shí)錨桿支護(hù)減少了支架搬運(yùn)、回撤等工作量，工人勞動(dòng)強(qiáng)度大大降低，掘進(jìn)速度加快，效率明顯提高。

參考文獻(xiàn)：

[1]何滿潮，孫曉明.中國煤礦軟巖回采巷道工程支護(hù)設(shè)計(jì)與施工指南[M].科學(xué)出版社，2004.

[2]薛順勛，聶光國等軟巖回采巷道支護(hù)技術(shù)指南[M].煤炭工業(yè)出版社，2002.

作者簡介：

張超（1978-），男，安徽淮北，采礦工程師，2009年安徽理工大學(xué)采礦工程（函授），安徽省亳州煤業(yè)有限公司袁店二井煤礦調(diào)度指揮中心主任。