“三軟”煤層、復(fù)合頂板下沿空掘巷錨索網(wǎng)支撐保護(hù)技術(shù)應(yīng)用

＊張志偉

（山西省節(jié)能中心有限公司 山西 030045）

1.支撐保護(hù)設(shè)計(jì)

錨桿支撐保護(hù)的方式，可以做到加固周圍巖層的表面的效果，所以對于“三軟”巖層造成了很大的壓力，從而能夠使得被錨桿加固的巖層組，變成了一個(gè)能夠承載的結(jié)構(gòu)層面，同時(shí)還做到了，改良位置處于煤礦巖層的下方部位的受力的狀況，從而可以，很有效果的做到，拔升這里的巖層的承受能力。并且根據(jù)周圍巖層的變化，支撐保護(hù)的阻力也會(huì)隨著有所增強(qiáng)。錨索的懸吊功能可以有效控制巷道的表面位移和頂板的離層。如果煤礦的礦井有300m的長度，煤柱的回風(fēng)巷的北面是300m的回風(fēng)巷，東南西三面分別是斷層、采空區(qū)和專用回風(fēng)巷。根據(jù)回風(fēng)巷道的工作面和采煤資料，逆斷層走向在175°左右，傾向平均值則在265°左右，傾角平均在40°左右，它們的落差在0-1.3m左右；正斷層走向平均在213°左右，傾向平均在143°左右，傾角平均在55°左右，它們的落差在4m到8m之間。沿空掘巷需要對煤柱的尺寸進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，且由于部分位置的巷道在采空區(qū)附近，在其附近進(jìn)行煤柱開采工作時(shí)，周邊的巖石必然會(huì)受到由煤柱掘進(jìn)作業(yè)的影響，巖石因掘進(jìn)作業(yè)的大幅度震動(dòng)而出現(xiàn)碎裂的現(xiàn)象。

因此，在進(jìn)行巷道掘進(jìn)施工的過程中，變形情況會(huì)十分明顯。若留在巷道當(dāng)中的煤柱尺寸不大，想到周圍的巖層破碎化情況會(huì)更加嚴(yán)重，這樣想到支護(hù)工作就會(huì)更加難以落實(shí)；如果尺寸過于大的話，就會(huì)造成資源上面的浪費(fèi)。所以工作人員在施工的過程里面，是不可以把錨桿安裝在已經(jīng)破碎的區(qū)域里面的，這樣會(huì)使得錨桿的錨固力變得十分弱，存在錨桿長度的影響以及松動(dòng)系數(shù)的影響，針對沿空掘巷煤柱尺寸的設(shè)計(jì)，施工人員應(yīng)當(dāng)結(jié)合影響因子和具體實(shí)際對其進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，通常情況下錨桿長度應(yīng)當(dāng)設(shè)計(jì)為3m左右，最大也不能超過5m。

在一般情況下，煤礦開采頂板支撐保護(hù)的參數(shù)使用的是22mm×2200mm，設(shè)備是錨固式端頭的螺紋鋼錨桿零件，且每一根的錨桿都是用兩卷米SK2335型號的樹脂的錨固劑來進(jìn)行錨固操作的，錨桿之間的排列的間距都應(yīng)該在800mm之間，如果頂板的條件十分不好的時(shí)候，就應(yīng)該修改成為600mm×600mm。錨桿托盤需要采用冷壓蝶形鋼板材料，錨桿托盤的尺寸設(shè)計(jì)為120mm×120mm×10mm。金屬網(wǎng)的形狀選用菱形，其中一條邊的邊長為2000mm，另一條邊的邊長為1000mm，菱形網(wǎng)采用的是冷壓鋼板材料。錨梁所利用的材料是直徑為14mm的圓柱體鋼材，錨梁設(shè)計(jì)為梯子形狀，錨梁的尺寸設(shè)計(jì)為長2200mm，寬50mm。頂錨索采用鋼絞線制作而成，選用的鋼絞線應(yīng)當(dāng)具有高強(qiáng)度和低松弛預(yù)應(yīng)力，頂錨索選用的鋼絞線為15.24mm×6000mm。錨固劑應(yīng)當(dāng)選擇SK2350型樹脂錨固劑，錨固劑的錨固力應(yīng)當(dāng)大于2萬牛頓，與此同時(shí)還應(yīng)當(dāng)配備專門的索頭與托盤。頂錨索之間排列的距離應(yīng)當(dāng)控制在1500mm×2000mm，同時(shí)外部還應(yīng)當(dāng)留出250mm的長度。錨索托盤應(yīng)當(dāng)選用鋼板材料進(jìn)行壓制而成，錨索托盤的尺寸可以設(shè)計(jì)為300mm×300mm×20mm。

巷幫支撐保護(hù)應(yīng)當(dāng)選用1800mm×18mm的錨桿，錨桿的端頭應(yīng)當(dāng)采用錨固式，材料為圓鋼，錨桿之間的間距應(yīng)當(dāng)控制在800mm；錨固劑應(yīng)當(dāng)選用SK2335型樹脂錨固劑。主動(dòng)讓壓支撐保護(hù)需要使用復(fù)合托盤的幫錨桿，里面的托盤尺寸為350mm×240mm×50mm，里面托盤的材料為木質(zhì)材料；外面的托盤的尺寸為120mm×120mm×10mm，外面托盤的材料為金屬材料。為了有效避免巷道底鼓問題的出現(xiàn)，應(yīng)當(dāng)將巷幫最下方的底角錨桿和巷道底板之間的角度設(shè)置為30°。為了避免巷幫出現(xiàn)變形比較嚴(yán)重的問題，應(yīng)當(dāng)通過在沿空側(cè)配備一排幫錨索來增強(qiáng)沿空側(cè)巷幫的支撐保護(hù)強(qiáng)度。幫錨索通常選用高強(qiáng)度、低松弛預(yù)應(yīng)力的鋼絞線材料制作而成，其尺寸規(guī)格為15.24mm×6.0m，應(yīng)當(dāng)選擇SK2350型樹脂錨固劑，錨固劑的錨固力應(yīng)當(dāng)大于2萬牛頓。在巷幫地板下1m的位置設(shè)置間距3m的一排幫錨索，緊貼在煤幫位置進(jìn)行設(shè)置。錨索托梁所用的材料為工字鋼，長1000mm，孔徑16mm。

2.存在問題以及對策

煤礦開采工作中最明顯的問題體現(xiàn)在合理層定位工作當(dāng)中，尤其是在巷道掘進(jìn)的過程中更容易發(fā)現(xiàn)問題。主要原因在于，煤礦開采過程中，巷道的頂板比較軟弱，且屬于復(fù)合型頂板材質(zhì)，其中會(huì)包含很多弱結(jié)構(gòu)面，一旦產(chǎn)生破壞就需要更換整塊頂板，即便簡單修復(fù)也難以達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)的支撐效果。顯然此種設(shè)計(jì)對煤礦巷道掘進(jìn)工作的推進(jìn)而言十分不利。同時(shí)一般情況下，煤礦開采巷道掘進(jìn)時(shí)，兩邊巷道都比較高，因此穩(wěn)定性很難得到保障，不僅如此，巷道當(dāng)中的片幫情況很嚴(yán)重，會(huì)對巷道的最終形成造成較大的影響。此外在開采過程中，破碎的矸石也是無法忽視的阻礙，這回導(dǎo)致煤炭夾矸量很大，對開采出的煤礦質(zhì)量十分不利。

即便在開采時(shí)，工作人員選擇不破壞頂板，也會(huì)產(chǎn)生很多小問題：最主要的就是，復(fù)合頂板的切割操作需要從綜掘機(jī)開始，以此作為起點(diǎn)到永久的支撐保護(hù)還沒有完成之前在這一段時(shí)間里，這個(gè)的局部容易冒落，使得施工人員在工作的過程中安全的系數(shù)降低，容易發(fā)生事故；若錨桿的長度和復(fù)合頂板厚度基本一致，且頂板在遭到破壞之后也能輕易在巷道錨固區(qū)之外形成離層，工作人員依舊需要根據(jù)實(shí)際情況將錨桿和錨固長度延長。就目前我國大部分煤礦開采工作的落實(shí)情況分析，常見的煤礦巷道開采時(shí)，綜掘機(jī)的開采速度慢，這必然會(huì)導(dǎo)致綜掘機(jī)設(shè)備的使用壽命縮短。

從復(fù)合頂板的構(gòu)成考慮，在常見的煤礦開采工作當(dāng)中，遇到的巖層通常都是軟硬巖互層，在部分情況下，也有煤線和軟弱夾層在同一層面當(dāng)中存在的可能。在此種情況下，每層的粘結(jié)力都不高，因此頂板離層產(chǎn)生的可能性會(huì)成倍增加，很容易引發(fā)冒頂一類的開采掘進(jìn)事故，這對于工作人員乃至整個(gè)煤礦的運(yùn)行而言是非常危險(xiǎn)的。若產(chǎn)生上述情況，即便開始挖掘巷道想到的穩(wěn)定性也得不到保證，甚至原有的穩(wěn)定性也會(huì)大幅度降低。

由于煤礦礦井中的復(fù)合頂板很厚，因此在工作過程中，工作人員需要盡可能控制錨桿長度，即不能將錨桿固定在上部已經(jīng)趨于穩(wěn)定的巖層之上。且需要注意礦井當(dāng)中的巷道頂板每層和軟弱巖層之間的界限是否明顯，以及其產(chǎn)生離層的可能性。為保障工作質(zhì)量，工作人員可以使用錨索加強(qiáng)支撐的方式，保障錨網(wǎng)在煤礦巷道當(dāng)中的支撐保護(hù)作用完全發(fā)揮出來。眾所周知，為提高煤礦巷道施工過程中的延伸率，工作人員需要將錨索和所有的全螺紋錨桿進(jìn)行延伸，需要注意的是上述零件各自的延伸率有所不同，這就要求工作人員在錨桿施工之后，對錨索的支撐保護(hù)進(jìn)行加強(qiáng)，此項(xiàng)工作很容易造成局部錨桿被壓出，最終導(dǎo)致托盤松動(dòng)和預(yù)緊力喪失的風(fēng)險(xiǎn)產(chǎn)生，不僅如此經(jīng)過處理的錨桿支撐效果會(huì)大打折扣。

由此可見上述兩種能夠?qū)γ旱V巷道產(chǎn)生保護(hù)效果的材料延伸率有所不同，施工人員可以在錨索托梁上放置其他物品，以達(dá)到加強(qiáng)錨索延伸率的效果，盡可能縮小它和錨桿延伸率之間的差異，最終保持在延伸率一致的水平。一旦在掘進(jìn)過程中發(fā)現(xiàn)錨桿產(chǎn)生了壓出的現(xiàn)象，施工人員應(yīng)該，及時(shí)的將錨桿再次進(jìn)行二次的加固操作，保證不會(huì)損壞。在地質(zhì)條件已知的前提下，工作人員應(yīng)盡可能保障托梁處于水平狀態(tài)，而襯墊物的選擇則要以硬質(zhì)的木塊、鋼鐵等為主，這樣做的目的是降低客觀承載力分解的消耗。通過多次的實(shí)踐，可以看出27mm的鉆頭的使用效果更好。

根據(jù)對鉆機(jī)旋轉(zhuǎn)方向變化的觀察，和對錨索鋼絞線的配合，都能夠保障錨索處于左旋式的狀態(tài)，最終整體效果也能得到優(yōu)化。不僅如此，在對錨索兩個(gè)端頭進(jìn)行焊接鐵環(huán)操作時(shí)，也要注意鐵環(huán)的直徑是否與錨索直徑一致，要盡可能增加攪拌的充分程度。

3.總結(jié)

綜上所述，經(jīng)過對煤礦巷道掘進(jìn)過程中錨網(wǎng)索施工方案的分析，可以發(fā)現(xiàn)其中的問題在于結(jié)構(gòu)，錨索網(wǎng)的支撐保護(hù)體系已經(jīng)趨于完善，且使用起來便捷程度較高，基本上能夠完全保障煤礦當(dāng)中沿空掘進(jìn)工作的安全性。錨索網(wǎng)因?yàn)轶w積比較小，所用的材料比較輕，所以運(yùn)輸時(shí)候的工作量通常比較小，工作人員的工作強(qiáng)度也相應(yīng)較低，大大提高了工作效率。不僅如此，工作面的回采也能夠有效的降低回棚和上下端頭改棚的可能性，這會(huì)降低超前支護(hù)的工作難度，對于上下端頭而言改善效果也十分明顯，能夠提升對整個(gè)煤礦開采工作安全系數(shù)的保障。本篇文章對“三軟”煤層、復(fù)合頂板下的沿空掘巷錨索網(wǎng)支護(hù)的應(yīng)用，提出了合理的支護(hù)參數(shù)，并就沿空掘巷小煤柱側(cè)提出了相應(yīng)的支護(hù)措施，著重的介紹了礦壓觀測及其結(jié)果分析，總結(jié)性地提出了煤巷沿空掘巷方面應(yīng)采取的措施。