深井大傾角高地壓松軟煤巷錨網(wǎng)索支護(hù)技術(shù)應(yīng)用

史 青 苗國(guó)慶

（1.肥城礦業(yè)集團(tuán)單縣能源有限責(zé)任公司，山東 肥城 271608；2.肥城礦業(yè)集團(tuán)單縣能源有限責(zé)任公司 山東 菏澤 274300）

1 概況

陳蠻莊煤礦井田整體為單斜構(gòu)造，傾向340°～347°，傾角25°～45°，平均30°。主采3 煤層1.0～3.6 m，平均3.3 m。煤層結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，普氏硬度系數(shù)0.18。直接頂為泥巖，平均厚度1.3 m，灰色至深灰色，泥質(zhì)結(jié)構(gòu)；基本頂為粉砂巖，平均厚度5.2 m，灰色，質(zhì)硬，滑面明顯，局部破碎且見(jiàn)垂直裂隙，易風(fēng)化；直接底為泥巖，平均厚度1.5 m，灰黑色，泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，與煤接觸面為炭質(zhì)泥巖，破碎易風(fēng)化。3204 軌道順槽揭露三煤異常區(qū)，主要表現(xiàn)為頂板破碎、煤層變薄、分叉、頂板局部有淋水。3 號(hào)煤層具有弱沖擊傾向性，煤層頂?shù)装鍘r層無(wú)沖擊傾向性。

3204 軌道順槽沿煤層頂板掘進(jìn)，巷道煤層埋深為1040～1140 m，原斷面凈寬為4000 mm，凈高為3500 mm，采用綜掘機(jī)施工。采用錨網(wǎng)索支護(hù)工藝，頂板采用高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力左旋無(wú)縱筋錨桿，Ф20 mm×2400 mm；幫部采用等強(qiáng)錨桿，選用全螺紋鋼錨桿，規(guī)格為Ф20×2400 mm，托盤(pán)為正方形，規(guī)格為長(zhǎng)×寬=140 mm×140 mm，用厚10 mm 鋼板壓制成弧形。高強(qiáng)錨桿使用1 塊MSCK2550 型錨固劑和1 塊MSM2550 型錨固劑固定，等強(qiáng)錨桿均用2 塊MSM2550 樹(shù)脂錨固劑固定。錨桿錨固力不小于120 kN，預(yù)緊力矩300 N·m。錨索采用規(guī)格Ф17.8 mm 的鋼絞線制作，錨索全長(zhǎng)6.3 m，錨索托盤(pán)規(guī)格：長(zhǎng)×寬×厚=300 mm×300 mm×14 mm，每根錨固力不低于150 kN。錨索按2-1-2 布置，間排距為1600 mm×1600 mm，錨桿間排距800 mm×800 mm。原斷面支護(hù)圖如圖1 所示。

3204 軌道順槽掘進(jìn)一段距離后發(fā)現(xiàn)巷道變形嚴(yán)重，幫部煤層松軟片幫，頂板局部下沉、底鼓。巷道大范圍擴(kuò)修，帶來(lái)了大量投入，對(duì)頂板安全、工程投資和工作面接續(xù)影響較大。針對(duì)此問(wèn)題，對(duì)巷道支護(hù)情況進(jìn)行深入研究應(yīng)用，并根據(jù)變形觀測(cè)情況及時(shí)優(yōu)化，形成適合大傾角高地壓松軟煤層條件下的支護(hù)體系。

圖1 原斷面支護(hù)圖

2 巷道變形原因分析

（1）煤層埋藏深，傾角大，地壓高，掘進(jìn)后煤炮多，容易發(fā)生片幫，頂板局部破碎。

（2）支護(hù)材料強(qiáng)度不足，錨桿和錨索直徑偏小，錨桿多出現(xiàn)幫部錨桿被鋼帶剪切脆斷，錨索在壓力較大區(qū)域出現(xiàn)連續(xù)斷裂現(xiàn)象。

（3）支護(hù)體系參數(shù)不合理，密度低。頂板錨索排距大，懸吊作用不足。

（4） 支護(hù)關(guān)鍵因素控制不到位。煤幫松動(dòng)范圍大于錨桿支護(hù)范圍，幫部支護(hù)強(qiáng)度不足。由于煤層傾角大，側(cè)向應(yīng)力顯現(xiàn)較為明顯，高幫側(cè)出現(xiàn)滑移現(xiàn)象，煤層與巖層頂?shù)装褰唤缑嫦嗷ュe(cuò)動(dòng)，煤層底板處最大達(dá)到1 m，煤層頂板處達(dá)到0.6 m，低幫側(cè)肩窩處煤層側(cè)向應(yīng)力集中，出現(xiàn)鼓幫現(xiàn)象，這三處發(fā)生錨桿脆斷、鋼帶撕裂情況明顯。

（5）幫部變形減弱了兩幫對(duì)頂板的支撐作用，造成頂板下沉。一般在幫部變形較大區(qū)域頂板下沉也較大，最大下沉量超過(guò)1 m。

3 支護(hù)優(yōu)化關(guān)鍵技術(shù)

3.1 支護(hù)方式

為預(yù)留變形空間，滿(mǎn)足運(yùn)輸設(shè)備使用需要，優(yōu)化后斷面凈寬4600 mm，凈高3800 mm。

（1）頂板采用高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力左旋無(wú)縱筋錨桿、W鋼帶和錨索聯(lián)合支護(hù)。

每排布置7 根錨桿，錨桿間排距800 mm×800 mm，如巷道片幫導(dǎo)致頂板空頂300 mm 以上時(shí)，及時(shí)補(bǔ)打1 根頂部錨桿，靠近兩幫的錨桿與巷道頂板成75°夾角；支護(hù)按“3-2-3”布置，打設(shè)在W鋼帶空檔內(nèi)，按照巷道中心線對(duì)稱(chēng)布置，間排距為1600 mm×800 mm，靠近兩幫的錨索與巷道頂板成75°夾角。

（2）上幫采用等強(qiáng)螺紋鋼錨桿、W 鋼帶配合“天地斜拉錨索+高強(qiáng)度T 型鋼帶”聯(lián)合支護(hù)。

上幫每排布置7 根錨桿，間排距800 mm×800 mm，上幫第一根錨桿距頂板不大于300 mm，并上仰15°，底角錨桿距底板距離超過(guò)400 mm 時(shí)及時(shí)補(bǔ)打一根錨桿，底角錨桿垂直幫部下斜30°打設(shè)。上幫布置兩排T180 鋼帶，每根鋼帶打設(shè)2 根錨索，間距1600 mm，上幫第一排打設(shè)在頂板向下1500 mm 處，錨索斜向上45°打設(shè)，第二排打設(shè)在底板向上1500 mm 處，錨索水平打設(shè)；T180 鋼帶間距1600 mm。

（3）下幫采用等強(qiáng)螺紋鋼錨桿配合W鋼帶、“斜拉錨索+高強(qiáng)度T 型鋼帶”聯(lián)合支護(hù)。

每排布置4 根錨桿，間排距800 mm×800 mm，下幫第一根錨桿距頂板不大于300 mm，并上仰15°，底腳錨桿距底板距離超過(guò)400 mm 時(shí)及時(shí)補(bǔ)打一根錨桿，底角錨桿垂直幫部下斜30°打設(shè)。下幫打設(shè)一排T180 鋼帶，在底板向上1000 mm 處，錨索斜向上20°打設(shè)，T180 鋼帶間距1600 mm。優(yōu)化后斷面支護(hù)圖如圖2 所示。

3.2 支護(hù)材料

（1）選用Q600 號(hào)鋼制作成高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力左旋無(wú)縱筋錨桿，規(guī)格為Φ22 mm×2800 mm；等強(qiáng)錨桿選用全螺紋鋼錨桿，規(guī)格為Φ22 mm×2800 mm，托盤(pán)為正方形，長(zhǎng)×寬=200 mm×200 mm，用厚15 mm 鋼板壓制成弧形。高強(qiáng)錨桿使用1 塊MSCK2335 型錨固劑和1 塊MSM2350 型錨固劑固定，等強(qiáng)錨桿均用2 塊MSM2350 樹(shù)脂錨固劑固定。

（2）錨索采用Φ21.6 mm 的鋼絞線制作，錨索全長(zhǎng)6300 mm；錨索托盤(pán)規(guī)格：長(zhǎng)×寬×厚=300 mm×300 mm×16 mm；鎖具為QVM22-1 單孔鎖具；每根錨索用4 塊型號(hào)為MSM2350 樹(shù)脂錨固劑固定。

（3）頂部金屬網(wǎng)采用Φ6 mm 的冷拔鋼筋焊制，規(guī)格為長(zhǎng)×寬=2000 mm×1000 mm，網(wǎng)格為長(zhǎng)×寬=100 mm×100 mm；幫部金屬網(wǎng)采用Φ3.5 mm的冷拔鋼筋焊制，長(zhǎng)×寬=2000 mm×1000 mm，網(wǎng)格為長(zhǎng)×寬=60 mm×60 mm。

（4）W 鋼帶采用BHW270-2.75W 鋼帶，展寬300 mm，成型寬度270 mm，板材厚度2.75 mm。頂板W 鋼帶為4.4 m 和1.2 m 搭接使用，上幫W 鋼帶為2.0 m 搭接使用，下幫W 鋼帶為2 m+1 m 搭接使用。

圖2 優(yōu)化后斷面支護(hù)圖（單位：mm）

4 支護(hù)技術(shù)優(yōu)點(diǎn)

（1）加大了支護(hù)材料強(qiáng)度，滿(mǎn)足了大傾角、高地壓、松軟煤巷條件下的支護(hù)強(qiáng)度要求。一是錨桿由Q500 增大至Q600，加大錨桿直徑和長(zhǎng)度至Φ22 mm×2800 mm；二是加大錨索直徑至Φ21.6 mm，加密錨索支護(hù)按“3-2-3”布置；三是錨桿預(yù)緊力矩由300 N·m 提高至400 N·m，每根錨桿錨固力由不低于120 kN 提高至228 kN，從而起到了強(qiáng)化支護(hù)的作用。

（2）加強(qiáng)了關(guān)鍵支護(hù)影響因素的控制，即通過(guò)加長(zhǎng)錨桿長(zhǎng)度減小了圍巖松動(dòng)范圍，對(duì)大傾角側(cè)向應(yīng)力起到支撐作用，提高了煤幫的完整性。

（3）采用了幫部“天地斜拉錨索+高強(qiáng)度T型鋼帶”的方式，將煤幫斜拉到頂?shù)装鍘r層中不少于1000 mm?！疤斓劐^索”上下協(xié)同作用，T 型鋼帶強(qiáng)度大，加固了縱向W 型鋼帶護(hù)表作用，兩者共同加強(qiáng)了幫部支護(hù)強(qiáng)度，將煤幫與頂?shù)装鍘r石鎖定在一起，克服了煤幫側(cè)向應(yīng)力，減小了側(cè)向移進(jìn)。

（4）加大了巷道斷面。根據(jù)單軌吊使用和預(yù)留變形量的需要，巷道高度、寬度均進(jìn)行了優(yōu)化，有利于巷道長(zhǎng)期使用。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)觀測(cè)，巷道成型質(zhì)量明顯提升，控制了幫部變形和頂板下沉，移近量在0.2 m 以?xún)?nèi)，減少片幫90%，頂板下沉不超過(guò)0.05 m，底鼓不超過(guò)0.1 m，杜絕了巷道二次擴(kuò)修帶來(lái)的費(fèi)用投入和對(duì)生產(chǎn)的影響。與以往投入對(duì)比，每年可減少擴(kuò)修人工和材料費(fèi)用500 萬(wàn)元。

在煤巷支護(hù)“強(qiáng)化支護(hù)、治頂先治幫”的理念指導(dǎo)下，通過(guò)加大支護(hù)材料強(qiáng)度、優(yōu)化支護(hù)參數(shù)和支護(hù)方式，采用“天地斜拉錨索+高強(qiáng)度T 型鋼帶”的特殊支護(hù)方式，克服了高幫側(cè)向應(yīng)力，頂板下沉和幫部移近問(wèn)題得到解決，保證了后期回采期間正常使用，杜絕了巷道擴(kuò)修，形成了深井大傾角高地壓松軟煤層條件下的煤巷錨網(wǎng)索支護(hù)體系。