祥升煤業(yè)上組煤5號(hào)交岔點(diǎn)支護(hù)技術(shù)研究

張福文

（山西壽陽(yáng)潞陽(yáng)祥升煤業(yè)有限公司，山西 壽陽(yáng)045000）

0 引言

巷道是保證煤礦井下正常生產(chǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)的基本組成部分，擔(dān)負(fù)著井下行人、運(yùn)輸、通風(fēng)、排水等任務(wù)，巷道支護(hù)效果和圍巖的穩(wěn)定性直接影響到煤礦的正常安全高效生產(chǎn)。煤礦井下巷道七縱八錯(cuò)，2個(gè)及以上巷道將會(huì)出現(xiàn)平面交岔的現(xiàn)象從而出現(xiàn)交岔點(diǎn)。在巷道交岔點(diǎn)位置處，隨著巷道斷面積的增大，其圍巖礦壓特征與普通單一巷道的圍巖礦壓特征也會(huì)有所不同。因此，必須針對(duì)交岔點(diǎn)巷道的實(shí)際地質(zhì)條件，對(duì)其圍巖礦壓特征進(jìn)行具體分析，在此基礎(chǔ)上提出針對(duì)性的具體支護(hù)方案。

1 交岔點(diǎn)巷道概況

1.1 礦井基本情況

祥升煤業(yè)隸屬山西潞安礦業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，為資源兼并重組礦井，地處山西省晉中市壽陽(yáng)縣宗艾鎮(zhèn)，礦井產(chǎn)能90萬t/a，南北、東西的長(zhǎng)度分別約為6 km、1.6 km，總體面積約10.414 1 km2。礦井批采3～15下號(hào)煤層，可采煤層包括山西組的3、6號(hào)煤層以及太原組的8、9、15、15下號(hào)煤層。采用中央并列式通風(fēng)系統(tǒng)，主斜井、副立井進(jìn)風(fēng)，回風(fēng)立井回風(fēng)，布置有+932、+832 m 2個(gè)開采水平。礦井水文地質(zhì)類型為中等型，瓦斯等級(jí)為高瓦斯。

1.2 交岔點(diǎn)基本情況

上組煤5號(hào)交岔點(diǎn)巷道沿6號(hào)煤層底板布置，其斷面基本見表1。

表1 上組煤5號(hào)交岔點(diǎn)斷面基本情況

上組煤5號(hào)交岔點(diǎn)位置及平面布置見圖1。

圖1 上組煤5號(hào)交岔點(diǎn)位置及平面布置示意圖

2 交岔點(diǎn)巷道礦壓特征

2.1 交岔點(diǎn)頂?shù)装鍘r層分布特征

通過在交岔點(diǎn)附近巷道鉆取巖芯，進(jìn)行力學(xué)試驗(yàn)，得到6號(hào)煤層及頂?shù)装鍘r石力學(xué)參數(shù)見表2。

表2 上組煤5號(hào)交岔點(diǎn)附近巷道圍巖巖石力學(xué)參數(shù)統(tǒng)計(jì)表

2.2 交岔點(diǎn)礦壓特征

上組煤5號(hào)交岔點(diǎn)巷道最大寬度9.552 m，最高高度6.076 m，埋藏深度107～140 m。6號(hào)煤層厚0.50～2.95 m，平均2.03 m，一般均含一層夾石。砂質(zhì)泥巖頂板層理裂隙發(fā)育，局部垂直裂隙明顯，易導(dǎo)致頂板離層、裂隙發(fā)展甚至出現(xiàn)斷裂變形等情況。幫部圍巖介于裂隙和破碎兩者的特征之間，因此幫部容易出現(xiàn)垮落等情況，進(jìn)而也會(huì)影響到幫部支承頂板圍巖的承載能力，從而還會(huì)加速頂板圍巖的變形程度。綜上所述，將會(huì)出現(xiàn)從頂板圍巖變形到頂板圍巖離層、裂隙發(fā)展，再到幫部破碎、垮落影響到幫部支承頂板圍巖的承載能力，進(jìn)而又會(huì)加速頂板圍巖裂隙發(fā)展程度導(dǎo)致幫部破碎、垮落加速這一不利于巷道圍巖支護(hù)的循環(huán)中，并且頂板巖層還會(huì)隨著時(shí)間推移逐步出現(xiàn)拱形破碎區(qū)域，進(jìn)而還會(huì)增大巷道圍巖中承受載荷巖體的范圍。

3 交岔點(diǎn)巷道支護(hù)設(shè)計(jì)方案

根據(jù)上組煤5號(hào)交岔點(diǎn)圍巖特征和礦壓特征，結(jié)合巷道圍巖變形與支護(hù)相關(guān)理論，支護(hù)方案控制交岔點(diǎn)巷道的頂板和幫部圍巖變形，應(yīng)當(dāng)分別遵從圍巖彈塑性和松動(dòng)性能夠處于穩(wěn)定狀況的原則。

總體支護(hù)形式：錨網(wǎng)索噴支護(hù)形式。

3.1 錨桿

采用規(guī)格?20-M22-2400 mm的高強(qiáng)左旋螺紋鋼筋，加長(zhǎng)錨固方式，K2335、Z2360型號(hào)的錨固劑各1支，鉆孔直徑28 mm，錨固長(zhǎng)度1 300 mm。間排距均為900 mm，最大斷面處每排20根錨桿。錨桿配合尺寸150 mm×150 mm×10 mm的高強(qiáng)度托板盤及相關(guān)鎖具，拱形高度≥36 mm。預(yù)緊力矩介于300～500 N·m之間，并且錨固力不小于130 k N。

鋼筋梯梁采用?14 mm的圓鋼焊接而成，尺寸3 800 mm×90 mm。鋼筋網(wǎng)采用?6 mm的鋼筋制作而成，網(wǎng)片尺寸4 000 mm×1 000 mm，網(wǎng)孔尺寸100 mm×100 mm。

3.2 錨索

采用規(guī)格為M S-?17.8-1-8300 mm的低松弛預(yù)應(yīng)力鋼絞線，加長(zhǎng)錨固方式，K2335型號(hào)的錨固劑1支、Z2360型號(hào)的錨固劑2支，鉆孔直徑28 mm，錨固長(zhǎng)度1 750 mm。中間的錨索應(yīng)布置于巷道頂板正中處，排距1 800 mm，間距2 000 mm。巷寬＜8 m時(shí)，每排5根錨索；巷寬≥8 m時(shí)，每排7根錨索。錨索配合尺寸300 mm×300 mm×16 mm的高強(qiáng)度托板及相關(guān)鎖具，托板用鋼標(biāo)號(hào)≥Q235，拱形高度≥60 mm。預(yù)緊力范圍200～250 k N，損失后的預(yù)緊力要大于150 k N，并且錨固力不小于300 k N。

3.3 噴射混凝土參數(shù)

噴射用混凝土標(biāo)號(hào)為C20，采用2次噴射成型的施工方式，第1次、第2次噴射混凝土的厚度分別不小于50、100 mm，總厚度≥150 mm，并且要求噴射混凝土厚度均勻。

3.4 其他支護(hù)要求

由于上組煤5號(hào)交岔點(diǎn)為斷面變化巷道，在交岔點(diǎn)現(xiàn)場(chǎng)施工當(dāng)中必須確保支護(hù)材料的密度，以現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況為準(zhǔn)及時(shí)修改支護(hù)參數(shù)。此外，對(duì)上組煤5號(hào)交岔點(diǎn)前后5 m范圍內(nèi)的巷道進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)，將巷道原支護(hù)參數(shù)中錨桿排距修改為900 mm，并噴射混凝土封閉護(hù)巷，總厚度≥150 mm，要求噴射混凝土厚度均勻。5號(hào)交岔點(diǎn)支護(hù)示意圖如圖2所示。

圖2 上組煤5號(hào)交岔點(diǎn)支護(hù)示意圖

4 交岔點(diǎn)巷道礦壓監(jiān)測(cè)

將頂板離層儀布置于上組煤5號(hào)交岔點(diǎn)頂板中心位置處，對(duì)交岔點(diǎn)的支護(hù)效果進(jìn)行連續(xù)觀測(cè)，其監(jiān)測(cè)結(jié)果統(tǒng)計(jì)如圖3所示。

圖3 上組煤5號(hào)交岔點(diǎn)頂板離層監(jiān)測(cè)結(jié)果

通過圖3可以得出，上組煤5號(hào)交岔點(diǎn)頂板離層量會(huì)在第0～20 d出現(xiàn)緩慢增長(zhǎng)的現(xiàn)象，其增長(zhǎng)趨勢(shì)較為平緩，說明錨桿、錨索的預(yù)緊力在支護(hù)初期就能夠有效控制巷道頂板的變形，具有顯著的支護(hù)能力。當(dāng)交岔點(diǎn)支護(hù)20 d之后，交岔點(diǎn)頂板圍巖活動(dòng)趨于平穩(wěn)，總體上的頂板離層量約25 mm，說明交岔點(diǎn)頂板錨固區(qū)內(nèi)圍巖控制效果良好。

5 結(jié)語(yǔ)

采用實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)的方法對(duì)祥升煤業(yè)上組煤5號(hào)交岔點(diǎn)附近巷道頂?shù)装迦訋r芯進(jìn)行巖石力學(xué)測(cè)試，在此基礎(chǔ)上對(duì)交岔點(diǎn)的圍巖特征和礦壓特征進(jìn)行分析，結(jié)合巷道圍巖變形與支護(hù)相關(guān)理論，確定出交岔點(diǎn)的錨桿+金屬網(wǎng)+錨索+噴漿聯(lián)合支護(hù)具體方案。通過礦壓觀測(cè)結(jié)果表明，交岔點(diǎn)支護(hù)方案整體效果良好，所設(shè)計(jì)的支護(hù)參數(shù)科學(xué)合理，可以推廣到礦井其他類似條件下的交岔點(diǎn)支護(hù)設(shè)計(jì)當(dāng)中。