窄煤柱沿空掘巷下采用不對稱錨網(wǎng)支護探究

摘 要：窄煤柱沿空掘巷在后期是使用過程中遭受巖體結(jié)構(gòu)的非對稱高應(yīng)力沖擊，常發(fā)生非對稱性的變形問題，巷道的危險性會極大的上升。因此，從巷道的圍巖特點著手，為了強化其安全性，采用主動支護并結(jié)合結(jié)構(gòu)補強支護方式進行。下面將以某煤礦的工程為例，探究窄煤柱沿空掘巷下采用不對稱錨網(wǎng)支護效果。

關(guān)鍵詞：窄煤柱沿空掘巷;不對稱錨網(wǎng)支護;煤礦采煤

引言

窄煤柱沿空掘巷是煤礦采煤工作面機械化開采下出現(xiàn)的新技術(shù)，該技術(shù)主要是在工作面采空區(qū)邊緣構(gòu)建的一類窄煤柱掘進巷道，可以有效避免沿空掘巷必須在毗鄰工作面回采后采空區(qū)上覆巖層活動基本穩(wěn)定以后進行造成工作面正常采掘接替帶來很多困難，還能提高煤炭資源采出率，發(fā)揮擋矸和防漏風(fēng)等功能，也越來越受到重視。在后期是使用過程中掘進巷道遭受巖體結(jié)構(gòu)的非對稱高應(yīng)力沖擊，常發(fā)生非對稱性的變形問題，巷道的危險性會極大的上升。因此，從巷道的圍巖特點著手，為了強化其安全性，采用主動支護并結(jié)合結(jié)構(gòu)補強支護方式進行。下面將以某煤礦的工程為例，探究窄煤柱沿空掘巷下采用不對稱錨網(wǎng)支護效果。

一、工程概況

該煤礦位于河南省新密市境內(nèi)，23采區(qū)2302 工作面煤層賦存穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)簡單，是單斜構(gòu)造。2303 回采工作面可采長度2350m，當(dāng)前已采1950m，剩余 400m，區(qū)段煤柱寬度通常是20 ～30 m，而區(qū)段煤柱是3-8 m 而言，通過對比發(fā)現(xiàn)區(qū)段煤柱損失巨大。2303 回采工作面與 2302 工作面回風(fēng)巷掘進工作面都是采掘共同進行的過程。2302 工作面回風(fēng)巷距離2303采空側(cè)12 m。其中2302 工作面回風(fēng)巷長度2450m，跟著煤層頂板掘進。相隔2303工作面采空側(cè)79 m 位置是23采區(qū)的南部回風(fēng)巷，隨著2303工作面的回采，23采區(qū)南部回風(fēng)巷變形增大，小范圍的頂板下沉量會在190----310mm，兩幫移近數(shù)據(jù)在500mm左右，底鼓小范圍會在10000mm樣子。伴隨開采的不斷深入，巷道收縮嚴(yán)重，變形量增大，常發(fā)生非對稱性的變形，工作面推進受到極大影響，巷道的危險性會極大的上升，嚴(yán)重制約著綜放面的迅速前進以及綜放設(shè)備功能的有效發(fā)揮。從其巷道圍巖結(jié)構(gòu)具有情況來看，使用一段時間的窄煤柱沿空掘巷，其工作面?zhèn)认驊?yīng)力在一定程度上會使得平衡狀態(tài)遭受損壞，掘進過程和回采階段巷道就會使得變形量增大，同時窄煤柱裂隙將會越來越大，自身的穩(wěn)定性就變得更差，小范圍還容易被壓碎，維護就會變得越發(fā)難。為了確保安全，該煤礦的窄煤柱寬度確定應(yīng)主要減小煤柱留設(shè)的寬度，采用工程類比措施調(diào)整預(yù)留寬度。其中的巷道圍巖不對稱變形，主要發(fā)生在巷道的中軸線形成的平面兩幫有大小不一的變形，使得巷道的一側(cè)發(fā)生偏斜樣改變，而且我們還發(fā)現(xiàn)在巷道的肩角以等處存在一定程度的變化，整體的失穩(wěn)就會越明顯。

二、巷道不對稱變形的圍巖控制措施

1.巷道支護的重要點。

煤礦巷道支護作用機理是將圍巖巷道與支護體系當(dāng)做一個整體，使用用圍巖和支護體系的本身承載能力確保巷道的穩(wěn)定，圍巖和支護體系彼此的作用能有效控制圍巖的變形，以此形成一個相對完整且較為穩(wěn)定的支護承載體，極大的改變圍巖的力學(xué)中的性質(zhì)增強圍巖的承載能力。該煤礦中的窄煤柱運行狀況發(fā)現(xiàn)，上覆巖層的垂直應(yīng)力和采動壓力都會對窄煤柱產(chǎn)生作用力，極容易造成破碎，而且隨著作用力的發(fā)生，巷道的內(nèi)側(cè)還會出現(xiàn)大小不一的移位情況，巷道的頂板就會有一定程度的下沉樣改變。要確保窄煤柱處于穩(wěn)定情況，就要確保沿空窄煤柱巷道不產(chǎn)生變形現(xiàn)象。

2.錨網(wǎng)支護詳細數(shù)字設(shè)定。

某煤礦中的上副巷全長是496m，煤層的厚度基本上是8.3m左右，偽頂是炭質(zhì)泥巖層，厚度是0.5m，直接頂是砂質(zhì)泥巖層，厚度是8.79m，基本頂是中粒砂巖層，厚度是5.69m。掘進是從巷道沿工作面的空區(qū)邊緣區(qū)域，凈煤柱大小是2.1m。巷道標(biāo)高數(shù)據(jù)是+13.9～+24.1m樣子，標(biāo)高平均數(shù)字是+18.9m;而巷道的地面標(biāo)高在+271.3～+274.1m內(nèi)，標(biāo)高平均數(shù)字是+273.1m。下埋的巷道深度是251.3m。

（1）錨桿大小。錨桿大小與間距要滿足一定關(guān)系，才能有一定厚度的擠壓加固拱。根據(jù)錨桿擠壓加固拱理論設(shè)定，加固拱厚度和錨桿大小、間距公式滿足：B=W2tgα-A/tgα。公式中B代表加固拱厚度;W2表示錨桿的間排距; α代表錨桿在松散體中的控制角;A代表錨桿間距。錨桿大小公式可以表示：W=W1+ W2 +W3。公式中W表示錨桿的全長大小，長度2.5m，煤柱寬度2.1m，那么沿空側(cè)短錨索取1.6m，W1表示錨桿的外露長度大小，取值是0.2m，W3錨桿錨固段長度大小。

（2）錨桿整個直徑大小。錨桿的直徑可以用公式表示：

其中R表示安全系數(shù)，取值大小1.6。Q表示為錨桿的支護強度，取值是120kN/m 2，B1 表示;錨桿間距，取值是0.7m，B2 表示;錨桿排距，取值是0.7m，? ? ? ?表示的是桿體材料抗拉的強度大小，取值是490MPa，計算出的錨桿直徑是21mm。

（3）錨桿排距。錨桿排距W0可以用公式表示：

W0=Nn/KQ d

n 表示為頂板上分布的每一個排錨桿的數(shù)量多少，有7桿;N 表示為每一個錨桿所展現(xiàn)的錨固力;K 代表的是安全系數(shù)，大小為2;Q d表示為頂板的壓力，大小取值是392.7kN。計算出的錨桿排距W0 =0.99m。

3.不對稱錨網(wǎng)的支護措施。

窄煤柱沿空掘巷中采用非對稱錨網(wǎng)支護，具體可通過支護頂板、支護幫部、錨固錨桿、錨固頂板錨索孔幾個方面達到支護的效果。其中，頂板的支護需要用到的材料包括：高強樹脂錨桿、鋼筋網(wǎng)和硬塑料網(wǎng)，高強樹脂錨桿要左旋無縱筋型的，為加強支護的效果，需要用到7根錨桿，其規(guī)格為20mm×2300 mm，錨桿排列的距離最好是700 mm×700mm，其托盤規(guī)格取150 mm×150mm×10mm。頂板錨索的間距及排距分別設(shè)置為1m和1.5m，其托盤規(guī)格需高于350 mm×1350mm，且其預(yù)緊力在100kN以上。其次，支護幫部所需用到的材料同樣包括高強樹脂錨桿、鋼筋網(wǎng)和硬塑料網(wǎng)，其中用到的錨桿材質(zhì)與規(guī)格與支護頂板所用的錨桿相同，不同是需用到5根錨桿;在幫部有空區(qū)幫，需要采取雙層網(wǎng)支護，所需的錨索應(yīng)為1.5m的長型錨索。為達到整體支護的效果，可用鋼筋梯子梁將頂板和幫部的錨桿連接起來。錨固錨桿所用到的材料為加長型的樹脂藥卷，具體的型號為K2350。錨固頂板錨索孔所用到的材料為樹脂藥卷，具體的型號為K2350與Z2350，順著巷道橫著鋪設(shè)梯子梁，該梯子梁的結(jié)構(gòu)為圓鋼加工鋼筋，每根梯子梁鉆有錨索孔，并裝上四根錨索，如此一來，錨索得以沿著錨索孔垂直錨入頂板。

最后支護的效果。窄煤柱沿空掘巷下采用不對稱錨網(wǎng)支護，能借助錨桿實現(xiàn)對圍巖的預(yù)應(yīng)力，夯實圍巖中的承載結(jié)構(gòu)，以增強沿空掘巷道的支護強度，減少巷道變形的發(fā)生率。

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作者簡介：

雷瑞鵬（1987—），男，河南南陽人，本科，助理工程師，主要從事煤礦開采技術(shù)指導(dǎo)工作。

（鄭煤集團裴溝煤礦? 河南? 新密? ?452370）