趙莊煤業(yè)復用巷道錨網(wǎng)索注聯(lián)合支護技術(shù)研究與應用

陳利東

(晉能控股煤業(yè)集團 趙莊煤業(yè)，山西 長治 046600)

煤炭是我國的主要消費能源，煤礦的安全高效生產(chǎn)直接關(guān)系到國民經(jīng)濟的快速發(fā)展。我國煤礦以井工開采為主，需要掘進大量的巷道，為維護服務期內(nèi)巷道圍巖的穩(wěn)定性，國內(nèi)外專家學者進行了大量研究，諸如懸吊、組合梁、壓縮拱、圍巖強度強化等理論假說，又如錨桿(索)支護、棚式支護、注漿支護等技術(shù)及其相互結(jié)合形成的聯(lián)合支護技術(shù)，推進了巷道圍巖控制理論和支護技術(shù)的發(fā)展[1-3]。目前，煤礦井下存在大量采動巷道，該類巷道受采掘擾動影響，巷道圍巖相對破碎，易出現(xiàn)冒頂、片幫等事故，巷道維護困難[4-5]，因此，本文以趙莊煤業(yè)13102巷復用巷道受多次采掘擾動影響為工程背景，開發(fā)復用巷道錨網(wǎng)索注聯(lián)合支護技術(shù)，為類似生產(chǎn)地質(zhì)條件巷道穩(wěn)定控制難題提供指導。

1 工程概況

趙莊煤業(yè)13102巷為1310工作面回風巷道，全長約2 750 m，為1310和1311兩個工作面服務。目前1309工作面臨近回采完畢，1310工作面準備接替，1311正在布置回采巷道，13101巷與13102巷之間保護煤柱凈寬50 m，13101巷、13102巷掘進前，在煤柱下方提前布置了1條底抽巷進行預抽，底抽巷頂板距離煤層底板15～16 m，底抽巷中心線距離13102巷中心線水平距離30 m，巷道布置見圖1。13102巷掘進揭露煤層平均厚度為4.75 m，煤層結(jié)構(gòu)簡單，直接頂為1.50 m厚的黑色泥巖，巖性呈致密塊狀、含植物化石、裂隙發(fā)育，基本頂為0.65 m厚的黑色砂質(zhì)泥巖，夾粉砂巖條帶，直接底為2.80 m厚的黑色泥巖，巖性呈厚層狀、含植物化石、巖心破碎，基本底為4.08 m厚的深灰色砂質(zhì)泥巖，巖芯多呈短柱狀、易裂成薄片狀及塊狀。

圖1 巷道布置平面示意

現(xiàn)場考察發(fā)現(xiàn)，13092巷超前工作面范圍內(nèi)幫部錨索受底抽巷采掘擾動影響(13092巷與13102巷生產(chǎn)地質(zhì)條件類似)，錨索錨固力出現(xiàn)大幅度衰減，巷道出現(xiàn)嚴重變形破壞，直接影響到工作面的高效回采。為保證13102巷在服務期內(nèi)，巷道圍巖得到有效控制，設(shè)計采用錨網(wǎng)索注聯(lián)合支護技術(shù)用于控制圍巖的穩(wěn)定性。

2 錨網(wǎng)索注聯(lián)合支護技術(shù)

13102巷為矩形斷面，沿頂掘進，留有底煤，掘進寬度為5.0 m，掘進高為4.5 m，掘進斷面積為22.5 m2，凈寬為4.8 m，凈高為4.4 m，凈斷面積為21.12 m2，巷道采用錨網(wǎng)索注聯(lián)合支護技術(shù)，具體包括錨網(wǎng)索聯(lián)合支護技術(shù)和超前注漿加固技術(shù)，具體技術(shù)參數(shù)如下。

2.1 錨網(wǎng)索聯(lián)合支護技術(shù)

采用錨桿、錨索、菱形網(wǎng)、鋼筋托梁聯(lián)合支護，具體支護參數(shù)如下：

1) 頂板支護：頂板采用錨索、菱形網(wǎng)、鋼筋托梁聯(lián)合支護，錨索采用規(guī)格為D22 mm× 6 400 mm的1×19股的高強度預應力鋼絞線，配套規(guī)格為300 mm×300 mm×16 mm的拱型高強度托盤和專用鎖具，錨索排距1 200 mm、間距1 100 mm，頂角錨索距幫300 mm，每排布置5根錨索，鋼筋托梁采用D10 mm的鋼筋焊接而成，寬80 mm，長度4 500 mm，在安裝錨索位置處焊接兩段縱筋，縱筋間距100 mm，以便安裝錨索，金屬網(wǎng)采用10號鐵絲編織的菱形網(wǎng)，網(wǎng)片規(guī)格為5 200 mm×1 350 mm，搭接長度不低于100 mm，每隔100 mm采用雙股16號鍍鋅鉛絲捆扎，每根錨索采用1支MSK2335、2支MSZ2360樹脂錨固劑錨固，錨索外露長度為150～250 mm，預緊力不低于250 kN，圖2為頂板錨索支護平面圖。

圖2 頂板錨索支護平面(mm)

2) 兩幫支護：兩幫圍巖采用錨桿、錨索、菱形網(wǎng)、W鋼帶護板聯(lián)合支護，錨桿采用規(guī)格為D22 mm×2 400 mm的左旋無縱筋螺紋鋼錨桿，配套規(guī)格為150 mm×150 mm×10 mm的拱型高強度托盤和400 mm×280 mm×4 mm的W鋼帶護板，錨桿排距1 200 mm、間距950 mm，最上一根錨桿距頂板300 mm，最下一根錨桿距底板400 mm，每排布置5根，每根錨桿采用1支MSK2335、2支MSZ2360樹脂錨固劑錨固，錨固力不小于150 kN，預緊力矩不小于400 N·m，錨索采用規(guī)格為D22 mm×5 400 mm的1×19股的高強度預應力鋼絞線，錨索每幫每排2根，排距2 400 mm、間距2 200 mm，上部一根錨索距頂板800 mm，錨索下部一根錨索距底板≤1 700 mm，其余錨索參數(shù)參照頂板支護，煤柱側(cè)采用10號鐵絲編織的菱形網(wǎng)，網(wǎng)片規(guī)格為4 600 mm×1 350 mm，其余金屬網(wǎng)參數(shù)參照頂板支護，圖3為巷道幫部錨桿索支護平面圖。

圖3 巷道幫部錨桿索支護平面(mm)

2.2 超前注漿加固技術(shù)

超前1310工作面前方150 m以外，進行超前深淺孔注漿，見圖4和圖5。淺孔布置參數(shù)：孔深4.0 m，成排布置，每排4個鉆孔，間排距1.1 m×2.0 m，第1排鉆孔距頂板0.8 m，仰角10°，第2、第3和第4排鉆孔仰角0°，孔徑均為42 mm，注漿材料采用聯(lián)邦加固1號(雙液)注漿材料，水灰比0.8∶1～1∶1，注漿終止壓力6～8 MPa；深孔布置參數(shù)：孔深10.0 m，成排布置，每排2個鉆孔，間排距1.5 m×2.0 m，第1排鉆孔距頂板1.5 m，仰角5°，第2排鉆孔仰角0°，孔徑均為42 mm，注漿材料采用聯(lián)邦加固1號(單液)注漿材料，使用水灰比0.6～0.8∶1，注漿終止壓力應不小于10 MPa。

圖4 淺孔布置平面(m)

圖5 深孔布置平面(mm)

3 巷道圍巖控制效果分析

錨網(wǎng)索注聯(lián)合支護技術(shù)應用于趙莊煤業(yè)13102巷，在鄰近工作面及本工作面回采期間監(jiān)測了巷道變形情況，圖6為鄰近工作面(1310工作面)期間巷道圍巖變形情況。由圖6可知，滯后工作面0～80 m范圍內(nèi)圍巖快速變形，此時巷道頂板下沉量為48 mm，兩幫巷道圍巖變形量約54 mm，滯后工作面80～120 m范圍內(nèi)圍巖變形相對較慢，巷道頂板下沉量增加至63 mm，兩幫巷道圍巖變形量增加至71 mm，滯后工作面120 m后，巷道圍巖變形逐漸趨于穩(wěn)定。圖7為本工作面回采期間巷道圍巖變形情況。由圖7可知，超前工作面(1311工作面)100 m，巷道受采動影響，圍巖出現(xiàn)緩慢變形，超前工作面60 m范圍內(nèi)，巷道受采動影響明顯，巷道圍巖變形速度加快，在1311工作面回采期間，巷道頂板最大下沉量約199 mm，兩幫圍巖最大變形量約220 mm，整體看，試驗巷道圍巖變形量和變形速度均處于允許范圍內(nèi)，服務期內(nèi)巷道未發(fā)生大變形現(xiàn)象，表明了復用巷道錨網(wǎng)索注聯(lián)合支護技術(shù)的合理性和優(yōu)越性。

圖6 鄰近工作面回采期間圍巖變形情況

4 結(jié) 語

煤礦中存在大量采動巷道，該類巷道受采掘擾動影響，巷道圍巖破碎，易出現(xiàn)冒頂、片幫等事故，維護困難，為此，以趙莊煤業(yè)13102巷為工程背景，基于現(xiàn)場地質(zhì)條件和鄰近巷道支護技術(shù)參數(shù)，開發(fā)了復用巷道錨網(wǎng)索注聯(lián)合支護技術(shù)，設(shè)計了錨網(wǎng)索支護技術(shù)和參數(shù)、超前注漿加固技術(shù)和參數(shù)，技術(shù)應用后，監(jiān)測了巷道圍巖變形情況，服務期內(nèi)巷道未發(fā)生大變形現(xiàn)象，表明了錨網(wǎng)索注聯(lián)合支護技術(shù)的合理性和優(yōu)越性。

圖7 本工作面回采期間巷道圍巖變形情況