木瓜煤礦回采巷道復合頂板協(xié)同支護技術(shù)應(yīng)用

李 南

（霍州煤電集團呂梁山煤電有限公司，山西 方山 033100）

1 工程概況

霍州煤電集團呂梁山煤電有限公司方山木瓜煤礦10-201工作面位于二盤區(qū)準備巷道南翼，工作面上部為實體煤巖層，以北緊鄰二盤區(qū)三條準備大巷，以南靠近礦井井田邊界，以西為實體煤，以東緊鄰風氧化帶，靠近礦井井田邊界，工作面開采9#+10#煤層，工作面傾向長度245 m，走向長度1 081 m，9#+10#煤層均厚5.27 m，平均傾角8.5°，煤層頂?shù)装鍘r層特征見表1，10-201 運輸順槽沿煤層底板掘進，掘進斷面為矩形，掘進巷道凈寬為4 400 mm，凈高為3 000 mm，巷道頂板巖層為復合頂板巖層，9#+10#煤層節(jié)理裂隙較為發(fā)育，煤層松軟。為確保10-201 運輸順槽圍巖的穩(wěn)定，需擬定有效的巷道圍巖支護方案。

表1 煤層頂?shù)装鍘r層特征

2 協(xié)同支護技術(shù)

巷道頂板最易發(fā)生破壞的地方出現(xiàn)在肩角和頂板中間位置處［1-2］，巷道頂板最大彎曲正應(yīng)力會隨著幫部極限塑性區(qū)的增大而不斷增大，當巷道幫部極限塑性區(qū)出現(xiàn)變形后，若不及時加強巷道幫部支護，控制住兩幫的變形，將會導致巷道頂板的最大拉應(yīng)力不斷增大，直至達到頂板巖層強度的極限值而發(fā)生頂板拉伸破斷［3-4］。

針對復合頂板特點，確保巷道圍巖穩(wěn)定的關(guān)鍵是控制幫部的變形，通過強化幫部煤體的強度，以加強巷道頂板的穩(wěn)定，進而達到控制巷道圍巖穩(wěn)定的目的，即采取頂幫協(xié)同支護技術(shù)［5-6］。其支護工藝特點如下：巷道開挖后，在巷道復合頂板上打設(shè)錨桿和錨索，實現(xiàn)復合頂板承載強度的強化，確保錨索能夠錨固在穩(wěn)定巖層內(nèi)，達到控制各巖層間離層變形的目的；巷道幫部同樣采用錨桿+ 錨索進行聯(lián)合支護，其中幫部錨桿的主要作用為加強幫部煤體錨固體的強度，錨索的主要作用為將幫部塑性區(qū)煤體錨固在深部未發(fā)生破壞的煤體內(nèi)，達到控制提高幫部煤體強度、控制幫部塑性區(qū)進一步發(fā)育的目的，有效增強煤體的強度和承載能力。該巷道頂幫協(xié)同支護技術(shù)見圖1。

圖1 頂幫協(xié)同支護技術(shù)

3 支護方案

結(jié)合地質(zhì)條件，該巷道支護擬采用頂幫協(xié)同支護技術(shù)，其支護方案技術(shù)要求、特點如下：

1）支護方案中采用“三高”錨桿及配件進行支護，錨桿屈服強度應(yīng)大于500 MPa，配套采用錨桿減摩墊圈和大托盤。

2）錨索采用高錨固力恒阻讓壓錨索，錨索長度大于5 000 mm，確保錨索能夠錨固在深度錨點內(nèi)，錨索中設(shè)置讓壓裝置，保障錨索在支護時能夠?qū)崿F(xiàn)讓壓與支護協(xié)同作用，確保錨索不會出現(xiàn)拉斷現(xiàn)象。

3）幫部采用錨桿索聯(lián)合支護，錨桿采用高強錨桿配套減摩墊圈和托盤，錨索長度應(yīng)大于4 500 mm，錨桿索配套采用M型鋼帶和M托盤。

4）針對局部松軟區(qū)域，采用超前大范圍長孔注漿加固煤體，在煤幫噴射馬麗散材料薄層，保障錨桿索錨固在煤體內(nèi)，隨后進行鉆錨注二次注漿加固。

該巷道設(shè)計支護主要參數(shù)如下：

（1）頂板支護：頂板采用錨網(wǎng)帶支護，錨桿采用高強錨桿，規(guī)格為Φ20 mm×2 400 mm，間排距為800 mm×700 mm，配套采用M型托盤，規(guī)格為150 mm×150 mm×12 mm，錨桿錨固劑為120 kN，預(yù)緊扭矩不小于200 N·m；錨索采用讓壓錨索，規(guī)格為 Φ21.6 mm ×8 000 mm，間排距為1200/1300 mm×700 mm，配套采用鐵托盤，規(guī)格為400 mm×400 mm×20 mm，采用內(nèi)徑為22 mm 的讓壓管，安裝在托盤與錨索間，錨索預(yù)緊力為150 kN，護頂采用金屬網(wǎng)，規(guī)格為2 000 mm×900 mm。

（2）幫部支護：同樣采用錨網(wǎng)帶支護，錨桿采用高強錨桿，規(guī)格為Φ20 mm×2 400 mm，間排距為800 mm×700 mm，幫部從距頂板300 mm時打設(shè)，底部從距底板400 mm 處打設(shè)，錨桿錨固力為100 kN，預(yù)緊扭矩為150 N·m，配套采用M5鋼帶和M托盤，鋼帶展寬為173 mm，厚度為5 mm，M托盤規(guī)格為150 mm×100 mm×12 mm。幫部在鋼帶第二根錨桿處，將錨桿替換為錨索，錨索規(guī)格為Φ18.9 mm×4 800 mm，呈W型布置，錨索預(yù)緊力為100 kN，同樣采用金屬網(wǎng)進行護幫。

該巷道支護設(shè)計見圖2。

圖2 10-201 運輸順槽支護斷面

4 效果分析

該巷道采用頂幫協(xié)同支護技術(shù)后，應(yīng)用十字布點法進行巷道表面位移量的持續(xù)觀測分析，根據(jù)觀測結(jié)果得出頂?shù)装寮皟蓭鸵平侩S時間巷道掘出時間的變化曲線見圖3。

圖3 巷道表面位移曲線

從圖3 可知，頂?shù)装寮皟蓭妥冃沃饕霈F(xiàn)在巷道掘出后的0～30 d內(nèi)；巷道掘出時間大于30 d后，圍巖變形速率大幅降低；當巷道掘出40 d后，頂?shù)装寮皟蓭妥冃我堰_到穩(wěn)定狀態(tài)；最終頂?shù)装寮皟蓭妥畲笞冃瘟糠謩e為72 mm 和119 mm，數(shù)據(jù)表明巷道圍巖整體穩(wěn)定。

5 結(jié)語

根據(jù)10-201工作面的地質(zhì)條

件，結(jié)合其復合頂板特點，回采巷道擬采用協(xié)同支護技術(shù)；巷道頂板及幫部均采用錨（索）網(wǎng)支護方案，并選擇合理支護參數(shù)；實測該巷道頂?shù)装寮皟蓭妥畲笠平糠謩e只有72 mm 和119 mm，巷道圍巖穩(wěn)定；應(yīng)用表明，實施協(xié)同支護后，該巷道能滿足開采工藝要求。