大斷面巷道貫通交叉點聯(lián)合支護(hù)技術(shù)應(yīng)用研究

賈 雨

（山西煤炭進(jìn)出口集團(tuán)蒲縣萬家莊煤業(yè)有限公司， 山西 臨汾 041000）

引言

構(gòu)成煤礦生產(chǎn)系統(tǒng)的各條巷道是實現(xiàn)煤礦高產(chǎn)高效生產(chǎn)的基礎(chǔ)，承擔(dān)著煤礦井下運輸煤、材料、行人和通風(fēng)等實際工作的需要，井下巷道中往往會產(chǎn)生水平交叉的情況。在大斷面巷道貫通交叉點的掘進(jìn)過程當(dāng)中，交叉點處原巷道的圍巖穩(wěn)定性將會遭到破壞，圍巖應(yīng)力將會重新分布，并且巷道圍巖所承受的水平應(yīng)力也會大幅度提高。交叉點處呈銳角三角區(qū)域是巷道圍巖應(yīng)力集中系數(shù)增幅最大的區(qū)域，這就導(dǎo)致了該區(qū)域成為了交叉巷道圍巖變形破壞最嚴(yán)重的區(qū)域。井下現(xiàn)場往往在巷道交叉點處出現(xiàn)頂板及兩幫巖層剝落、應(yīng)力集中強、圍巖變形量大等現(xiàn)象，嚴(yán)重制約著煤礦安全高效生產(chǎn)的實現(xiàn)，因此保證大斷面巷道貫通交叉點圍巖穩(wěn)定性具有積極的技術(shù)意義和應(yīng)用價值。

1 工程背景

某礦目前開采8 號煤層，8 號煤層的平均煤厚為3.05 m，含1 層到2 層的泥巖夾矸。8 號煤層直接頂巖性以砂質(zhì)泥巖為主，老頂巖性以細(xì)粒砂巖、中粒砂巖為主，直接底巖性以炭質(zhì)泥巖為主，老底巖性以砂質(zhì)泥巖、粉砂巖為主。如圖1 所示，18506 工作面運輸順槽和8 號煤集中皮帶巷設(shè)計呈“T”形大斷面交叉。

2 交叉點支護(hù)設(shè)計方案

2.1 交叉點支護(hù)設(shè)計原則

圖1 兩條巷道“T”形大斷面交叉示意圖

基于相關(guān)研究成果，巷道交叉點處的支護(hù)應(yīng)先以三角區(qū)域以及頂板巖層卸壓區(qū)域作為重點區(qū)域，以此達(dá)到控制交叉巷道頂板巖層變形，保證圍巖穩(wěn)定性和整體性的目的。結(jié)合8 號煤層頂?shù)装鍘r性均比較軟弱的實際情況，通過錨桿和錨索支護(hù)能夠顯著提升巷道頂板圍巖的整體承載能力，通過巷道頂板頂角傾斜打設(shè)錨桿可以將巷道頂板與兩幫圍巖有機結(jié)合起來形成整體錨固結(jié)構(gòu)。針對巷道交叉點三角區(qū)域和頂板巖層卸壓區(qū)域頂板下沉量大、圍巖變形嚴(yán)重的特點，必須對這兩個區(qū)域進(jìn)行加強支護(hù)，運用組合錨索高強度錨固方式可以達(dá)到局部加強支護(hù)的效果。綜上所述，巷道交叉點支護(hù)設(shè)計采用錨網(wǎng)索噴聯(lián)合支護(hù)方式，特殊區(qū)域采用組合錨索加強支護(hù)方式[1-2]。

2.2 交叉點支護(hù)設(shè)計參數(shù)

2.2.1 18506 工作面運輸順槽支護(hù)設(shè)計參數(shù)

巷道斷面及尺寸：矩形，寬5.2 m、高3.1 m，沿頂割底掘進(jìn)。

支護(hù)方式：錨網(wǎng)索噴。

2.2.1.1 頂板支護(hù)

噴漿：噴射混凝土厚50 mm，用于封閉巷道表面巖層。

頂錨桿：采用Φ20 mm 高強度螺紋鋼錨桿，長度2 200 mm，外露100 mm，采用S2360 型錨固劑1 卷、Z2360 型錨固劑1 卷，間距940 mm，距側(cè)幫250 mm，排距900 mm，預(yù)緊扭矩100 m·N。

頂錨桿托板：采用穹形鋼托板，長×寬×厚為125 mm×125 mm×10 mm。

頂錨索：采用Φ15.24 mm 鋼絞線制作而成，長度7 200 mm，外露200 mm，采用S2360 型錨固劑1 卷、Z2360 型錨固劑2 卷，每排布置2 根，間距2 000 mm，距側(cè)幫1 600 mm，排距2 700 mm，預(yù)緊力100 kN。

頂板錨索托板：采用尺寸為300 mm×300 mm×14 mm 鋼板切割而成，配長度為300 mm 的14 號鋼槽短梁。

頂板金屬網(wǎng)：采用Φ6.5 mm 鋼筋焊接而成，網(wǎng)格尺寸120 mm×120 mm，相鄰兩片金屬網(wǎng)搭接100 mm，每隔200 mm 聯(lián)網(wǎng)兩道。

2.2.1.2 兩幫支護(hù)

噴漿：兩幫距頂板600 mm 范圍內(nèi)噴射混凝土，厚度20～30 mm，用于封閉巷道表面巖層。

幫錨桿：采用Φ18 mm 圓鋼錨桿，長度2 000 mm，外露100 mm，采用Z2340 型錨固劑2 卷，間距850 mm，距頂板250 mm，距底板300 mm，排距900 mm，預(yù)緊扭矩60 m·N。

幫錨桿托板：采用穹形鋼托板，長×寬×厚的尺寸為100 mm×100 mm×8 mm。

兩幫金屬網(wǎng)：Φ3 mm 鉛絲編制而成菱形網(wǎng)，網(wǎng)格尺寸50 mm×50 mm，相鄰兩片金屬網(wǎng)搭接100 mm，每隔200 mm 聯(lián)網(wǎng)兩道。

2.2.1.3 特殊地質(zhì)條件下架棚支護(hù)

當(dāng)遇到頂板巖層破碎等特殊地質(zhì)條件時，將兩排錨索中間增打1 根相同型號長度的錨索，以形成“三花”布置形式，必要情況下增設(shè)架棚支護(hù)形式。

圖2 所示為18506 工作面運輸順槽支護(hù)方案示意圖。

圖2 18506 工作面運輸順槽支護(hù)方案示意圖（單位：mm）

2.2.2 8 號煤集中皮帶巷支護(hù)設(shè)計參數(shù)

巷道斷面及尺寸：矩形，寬5.2 m，高3.45 m，沿頂割底掘進(jìn)。

支護(hù)方式：錨網(wǎng)索噴。

2.2.2.1 頂板支護(hù)

噴漿：噴射混凝土厚100 mm，用于封閉巷道表面巖層。

頂錨桿：采用Φ20 mm 高強度螺紋鋼錨桿，長度2 200 mm 外露100 mm，采用S2360 型和Z2360 型錨固劑各1 卷，間距940 mm，距側(cè)幫250 mm，排距900 mm，預(yù)緊扭矩100 m·N。

頂錨桿托板：采用穹形鋼托板，長×寬×厚為125 mm×125 mm×10 mm。

頂錨索：采用Φ15.24 mm 鋼絞線制作而成，長度7 200 mm，外露200 mm，采用S2360 型錨固劑1卷、Z2360 型錨固劑2 卷，每排布置2 根，間距2 000 mm，距側(cè)幫1 600 mm，排距2 700 mm，預(yù)緊力100 kN。

頂板錨索托板：采用尺寸為300 mm×300 mm×14 mm 的鋼板切割而成，配長度為300 mm 的14 號鋼槽短梁。

頂板金屬網(wǎng)：采用Φ6.5 mm 鋼筋焊接而成，網(wǎng)格尺寸120 mm×120 mm，相鄰兩片金屬網(wǎng)搭接100 mm，每隔200 mm 聯(lián)網(wǎng)兩道[3-5]。

2.2.2.2 兩幫支護(hù)

噴漿：全高范圍內(nèi)噴射混凝土厚度100 mm，用于封閉巷道表面巖層。

幫錨桿：采用Φ18 mm 的Q235 圓鋼錨桿，長度為2 000 mm，外露100 mm，采用Z2340 型錨固劑2卷，間距9 000 mm，距頂板300 mm，距底板400 mm，排距900 mm，預(yù)緊扭矩60 m·N。

幫錨桿托板：采用穹形鋼托板，長×寬×厚為100 mm×100 mm×10 mm。

兩幫金屬網(wǎng)：采用Φ6.5 mm 鋼筋焊接而成，網(wǎng)格尺寸120 mm×120 mm，相鄰兩片金屬網(wǎng)搭接100 mm，每隔200 mm 聯(lián)網(wǎng)兩道。

2.2.2.3 特殊地質(zhì)條件下架棚支護(hù)形式

當(dāng)遇到頂板巖層破碎等特殊地質(zhì)條件時，將兩排錨索中間增打1 根相同型號長度的錨索，以形成“三花”布置形式，必要情況下增設(shè)架棚支護(hù)形式。

下頁圖3 所示為8 號煤集中皮帶巷支護(hù)方案示意圖。

2.2.3 特殊區(qū)域加強支護(hù)方式

圖3 8 號煤皮帶運輸巷支護(hù)方案示意圖（單位：mm）

結(jié)合相關(guān)研究實踐成果，在巷道交叉點的三角區(qū)域和頂板卸壓區(qū)域布置組合高強錨索，沿巷道中軸線呈“T”形布置形式，錨索采用Φ15.24 mm 鋼絞線制作而成，長度9 000 mm，外露200 mm，采用S2360 型錨固劑1 卷、Z2360 型錨固劑2 卷，預(yù)緊力130 kN。錨索托板采用尺寸為300 mm×300 mm×16 mm 的鋼板切割而成，配長度為300 mm 的14 號鋼槽短梁。錨索間距3 500 mm，排距3 500 mm。圖4所示為交叉點錨索補強支護(hù)方案示意圖。

3 支護(hù)效果監(jiān)測

為檢驗本次大斷面巷道貫通交叉點處的支護(hù)設(shè)計效果，在巷道交叉點處布置頂板離層儀進(jìn)行實時監(jiān)測，其中淺基點布置于錨桿上端處同一高度，深基點布置于錨桿上方穩(wěn)定巖層內(nèi)300～500 mm，無穩(wěn)定巖層時，不低于巷道跨度的1.5 倍，并記錄位移數(shù)據(jù)進(jìn)行分析研究。圖5 所示為巷道交叉點處頂板離層儀數(shù)據(jù)統(tǒng)計情況。

如圖5 所示，對頂板離層統(tǒng)計數(shù)據(jù)進(jìn)行分析可以得出，在支護(hù)初期，錨固區(qū)域內(nèi)離層量要大于錨固區(qū)域外的離層量；在支護(hù)初期，頂板離層值呈增長的趨勢，但增長態(tài)勢相對來說比較平緩，并沒有表現(xiàn)出急劇增長的現(xiàn)象，說明預(yù)應(yīng)力在支護(hù)初期就具備一定的支護(hù)能力，可以限制頂板的初期變形。20 d 之后，頂板變形趨于穩(wěn)定，總離層量控制在27 mm 左右，錨固區(qū)域內(nèi)頂板得到了很好的控制，說明對于交叉點頂板的支護(hù)來說，基本支護(hù)加組合錨索加強支護(hù)的方案是可行的[6-9]。

圖4 交叉點錨索補強支護(hù)方案示意圖（單位：mm）

圖5 巷道交叉點處頂板離層儀數(shù)據(jù)統(tǒng)計情況

4 結(jié)語

基于相關(guān)研究成果，對巷道交叉點處三角區(qū)域等重點區(qū)域采用組合錨索支護(hù)形式進(jìn)行補強支護(hù)，整體設(shè)計方案可以形成良好的錨固結(jié)構(gòu)。通過頂板離層監(jiān)測結(jié)果表明，頂板離層量能夠保持穩(wěn)定，符合使用要求，達(dá)到了良好的支護(hù)效果。支護(hù)設(shè)計方案可以推廣應(yīng)用到該礦8 號煤其他大斷面巷道貫通交叉點的支護(hù)當(dāng)中，具有積極的技術(shù)借鑒意義和應(yīng)用價值。