煤與瓦斯突出礦井三軟地層條件下巷道耦合支護(hù)關(guān)鍵技術(shù)研究與應(yīng)用

李公朝 曾智超 陳薛

摘 要： 小屯煤礦為典型的三軟地層，掘進(jìn)巷道掘完后巷道修復(fù)率多年來(lái)一直居高不下，結(jié)合多家科研院所在小屯煤礦的軟巖治理成果，對(duì)巷道的耦合支護(hù)關(guān)鍵技術(shù)研究并進(jìn)行應(yīng)用，大大降低了巷道修復(fù)率，降低了礦井生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)成本，確保礦井高產(chǎn)高效發(fā)展。

關(guān)鍵詞： 三軟地層;沿空掘巷;耦合支護(hù);生產(chǎn)成本

【中圖分類(lèi)號(hào)】TD713 ? ? 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A ? ? 【文章編號(hào)】1674-3733（2020）11-0241-01

1 小屯煤礦16中11工作面巷道概況

16中11工作面為一采區(qū)南翼第6個(gè)工作面。北西側(cè)為16中09采空區(qū);北東側(cè)為一采區(qū)主平硐，工作面設(shè)計(jì)停采線(xiàn)為大巷保護(hù)煤柱線(xiàn);南東與16中13設(shè)計(jì)工作面相鄰。

2 原工作面順槽支護(hù)設(shè)計(jì)

2.1 軌順（沿空）側(cè)

斷面設(shè)計(jì)為矩形，寬×高=4500×3000mm，頂板采用φ20×2200mm左旋無(wú)縱筋樹(shù)脂錨桿、金屬菱形網(wǎng)配合4500mm鋼帶支護(hù)及φ21.6×7000mm鋼絞線(xiàn)錨索，幫部采用φ20×2200mm左旋無(wú)縱筋樹(shù)脂錨桿、金屬菱形網(wǎng)配合φ14mm鋼筋制作的鋼筋梯支護(hù);沿6中煤頂板層位掘進(jìn)。

2.2 運(yùn)順（實(shí)體煤）側(cè)

斷面設(shè)計(jì)為矩形，寬×高=4500×3000mm，頂板采用φ20×2200mm左旋無(wú)縱筋樹(shù)脂錨桿、金屬菱形網(wǎng)配合4500mm鋼帶及φ17.8×7000mm鋼絞線(xiàn)錨索支護(hù)，幫部采用φ20×2200mm左旋無(wú)縱筋樹(shù)脂錨桿、金屬菱形網(wǎng)配合φ14mm鋼筋制作的鋼筋梯支護(hù);沿6中煤頂板層位掘進(jìn)。

3 耦合支護(hù)技術(shù)在順槽掘進(jìn)的應(yīng)用

3.1 耦合支護(hù)的定義

耦合支護(hù)：根據(jù)巷道圍巖力學(xué)性質(zhì)計(jì)算的松動(dòng)圈等巷道實(shí)際技術(shù)參考參數(shù)，通過(guò)計(jì)算得出的巷道斷面、頂幫支護(hù)等優(yōu)化方案特別是錨桿支護(hù)與錨索支護(hù)的同時(shí)疊加支護(hù)從而使巷道支護(hù)達(dá)到最佳支護(hù)的支護(hù)技術(shù)方式。

3.2 16中11順槽的耦合支護(hù)

3.2.1 巷道斷面方面：根據(jù)小屯煤礦典型軟巖地質(zhì)條件性質(zhì)，巷道斷面變更為梯形;主要目的為巷道掘進(jìn)后圍巖水平應(yīng)力顯現(xiàn)明顯，常態(tài)性發(fā)生巷道底鼓現(xiàn)象，變更為梯形后，預(yù)留水平應(yīng)力釋放范圍，釋放后預(yù)期巷道整合為矩形巷道，矩形巷道在礦壓釋放后斷面結(jié)構(gòu)承載力強(qiáng)。

3.2.2 巷道支護(hù)參數(shù)方面：根據(jù)小屯煤礦典型軟巖地質(zhì)條件性質(zhì)，一是巷道頂板金屬菱形網(wǎng)優(yōu)化為非鍍鋅鋼絲網(wǎng)，主要目的為非鍍鋅鋼絲網(wǎng)網(wǎng)眼?。?0mm矩形）且含碳量高，防止頂板破碎矸石漏出引起頂板漏頂、甚至引起更大的頂板事故。二是根據(jù)沿空側(cè)順槽沿空特點(diǎn)，軌順巷道頂板鋼帶優(yōu)化為3500mm且不搭接幫部鋼筋梯，主要目的為頂板肩窩位置預(yù)留水平及垂直應(yīng)力釋放范圍，因不搭接幫部鋼筋梯，釋放后預(yù)期巷道變形量較原支護(hù)方式要小的多。三是根據(jù)沿空側(cè)順槽沿空特點(diǎn)，軌順巷道頂板錨桿優(yōu)化為高強(qiáng)樹(shù)脂錨桿，主要目的為高強(qiáng)錨桿端頭超過(guò)沿空松動(dòng)圈范圍、高強(qiáng)錨桿的抗拉強(qiáng)度及屈服強(qiáng)度較普通錨桿要大的多，屈服強(qiáng)度≥500Mpa，抗拉強(qiáng)度≥630Mpa，懸臂過(guò)程中抗拉抗剪能力更強(qiáng)。四是根據(jù)錨索懸吊理論，巷道上覆巖層B1灰?guī)rf>12（硬度系數(shù)），錨索選型為9000mm長(zhǎng)度，實(shí)體煤巷道優(yōu)化為φ21.6mm錨索，使錨索錨入其巖層1000mm，加之錨索直徑加大，起到良好懸吊及抗拉、抗剪效果。五是根據(jù)煤巷“三軟”特點(diǎn)，幫部錨桿優(yōu)化為全螺紋錨桿，防止錨桿泄載后無(wú)法進(jìn)行預(yù)緊。

3.2.3 掘進(jìn)層位及其他方面：一是軌順巷道優(yōu)化為沿6上煤底板層位掘進(jìn)，因6中與6上煤夾矸軟，頂板不易控制，且優(yōu)化后錨索錨入B1灰?guī)r的距離變小，減低生產(chǎn)成本。二是幫部錨桿帽與托盤(pán)之間增加皮帶托盤(pán)，加大了附件的摩擦力，降低錨桿支護(hù)泄載速度。三是軌順采用注漿錨索等邊掘邊注，提高了圍巖整體性。

3.3 16中11順槽耦合支護(hù)方式

3.3.1 16中11軌順斷面設(shè)計(jì)為梯形，上寬+下寬×高=4500+5000×3500mm，頂板采用φ22×2400mm高強(qiáng)樹(shù)脂錨桿、非鍍鋅鋼絲網(wǎng)配合3500mm鋼帶支護(hù)，幫部采用φ20×2400mm左旋全螺紋錨桿、金屬菱形網(wǎng)配合φ14mm鋼筋制作的鋼筋梯及皮帶托盤(pán)支護(hù);沿6上煤底板層位掘進(jìn);沿空側(cè)采用注漿錨索/錨桿邊掘邊注。

3.3.2 16中11運(yùn)順斷面設(shè)計(jì)為梯形，上寬+下寬×高=4500+5000×3500mm，頂板采用φ20×2200mm左旋無(wú)縱筋樹(shù)脂錨桿、非鍍鋅鋼絲網(wǎng)配合4500mm鋼帶支護(hù)，幫部采用φ20×2400mm左旋全螺紋錨桿、金屬菱形網(wǎng)配合φ14mm鋼筋制作的鋼筋梯及皮帶托盤(pán)支護(hù);沿6中煤頂板層位掘進(jìn)。

3.4 耦合支護(hù)的效果分析

3.4.1 順槽巷道支護(hù)設(shè)計(jì)優(yōu)化后達(dá)到耦合支護(hù)特點(diǎn)。一是順槽特別是因沿空巷道頂板的松動(dòng)圈擴(kuò)大后優(yōu)化的錨桿支護(hù)超過(guò)松動(dòng)圈范圍，大大加大了巷道頂板的懸吊效果（按作業(yè)規(guī)程設(shè)計(jì)施工下組合梁效果正常）;二是錨索在穩(wěn)定巖層懸吊效果更加明顯;三是通過(guò)注漿及其他支護(hù)的優(yōu)化更加完善了巷道的整體性有效支護(hù)、同時(shí)支護(hù)。以上特點(diǎn)，達(dá)到了巷道耦合支護(hù)目的，特別是根據(jù)巷道特點(diǎn)，應(yīng)力釋放后巷道的耦合支護(hù)更加明顯。

3.4.2 耦合支護(hù)效果。軌順自2019年11月掘進(jìn)，2020年7月頂板變形控制在200mm，幫部控制在260mm，前段巷道底鼓控制在350mm，后段巷道控制在240mm;運(yùn)順自2018年11月掘進(jìn)，2020年7月份頂板變形控制在150mm，幫部控制在190mm。耦合支護(hù)效果明顯，防止了巷道的二次修復(fù)造成了生產(chǎn)成本增加，加快了綜采工作面安裝進(jìn)度。

3.4.3 存在問(wèn)題。一是沿空掘巷需進(jìn)一步優(yōu)化耦合支護(hù)方式，根據(jù)沿空特點(diǎn)及采空區(qū)涌水量等具體地質(zhì)情況采取超前注漿、幫部泄壓等方式進(jìn)一步優(yōu)化;二是順槽煤巷道的過(guò)構(gòu)造等特殊地點(diǎn)耦合支護(hù)設(shè)計(jì)要進(jìn)一步優(yōu)化;二是加強(qiáng)工程質(zhì)量監(jiān)督管理，工程質(zhì)量為巷道支護(hù)的基本，耦合支護(hù)的設(shè)計(jì)優(yōu)化必然以工程質(zhì)量管理為前提;四是耦合支護(hù)豐富了軟巖治理支護(hù)技術(shù)體系，工程技術(shù)人員要在日?？偨Y(jié)的基礎(chǔ)上加大創(chuàng)新能力，優(yōu)化好軟巖礦井各類(lèi)支護(hù)參數(shù)，為礦井盡快建成軟巖治理巷道支護(hù)體系作出貢獻(xiàn)。