水峪煤業(yè)深部大斷面巷道10219材料巷錨桿支護(hù)研究應(yīng)用

王曉宙

(汾西礦業(yè)集團(tuán)水峪煤業(yè)，山西 孝義 032300)

引 言

汾西礦業(yè)集團(tuán)水峪煤業(yè)十采區(qū)2#煤已經(jīng)布置了10216工作面(已回采完畢)和10211工作面(正在回采)，目前計(jì)劃掘進(jìn)10219工作面兩條順槽，發(fā)現(xiàn)十采區(qū)2#煤巷道變形速度快且蠕變現(xiàn)象明顯，當(dāng)巷道掘進(jìn)后，第二天幫部便出現(xiàn)大明顯變形，幫部變形最大可超過200 mm，并且變形一直持續(xù)，維修后的巷道經(jīng)過一段時(shí)間又出現(xiàn)變形，需要進(jìn)行多次的維修，特別是兩幫變形和底鼓，難以控制[1]。十采區(qū)2#巷道出現(xiàn)的上述問題迫切需要解決，目前即將掘進(jìn)的10219材料巷除存在上述問題外，巷道的設(shè)計(jì)斷面為5 000×3 200 mm，巷道斷面大，為了保證巷道的安全，降低巷道后期維護(hù)成本，進(jìn)行了本文的研究工作，以期為其他類似巷道提供技術(shù)經(jīng)驗(yàn)借鑒。

1 工作面概況

工作面東距候家?guī)X村約800 m，北到溝南村約850 m，大溝村橫穿工作面。該工作面東鄰十采區(qū)3條大巷，西鄰井田邊界，北鄰10211工作面(正在回采，但距離遠(yuǎn))，南部為實(shí)體煤。10219材料巷沿山西組2#煤頂板掘進(jìn)，位于水峪煤業(yè)十采區(qū)+800 m水平，地面標(biāo)高為969 m～1 063 m，工作面標(biāo)高為326 m～365 m，煤層平均埋深超過600 m，工作面附近的優(yōu)1～2鉆孔顯示煤層的底板標(biāo)高達(dá)到612.81 m。

2 支護(hù)形式

通過現(xiàn)場調(diào)研，對原十采區(qū)10219運(yùn)輸巷的支護(hù)參數(shù)進(jìn)行了更改。

2.1 臨時(shí)支護(hù)

采用2個(gè)DW315-30/100B臨時(shí)支護(hù)，用單體液壓支柱戴棚板作為臨時(shí)支護(hù)[2]。支柱型號為DW315-30/100B，棚板規(guī)格1 200 mm×180 mm×80 mm(長×寬×厚)。兩根單體支柱分別布置在距工作面永久支護(hù)600 mm位置，單體支柱距幫2 000 mm，間距1 500 mm。

單體液壓支柱主要技術(shù)參數(shù)：最大高度3 150 mm，最小高度2 580 mm；質(zhì)量25 kg(無液)；工作行程:570 mm；初撐力:30 kN[3]。

2.2 永久支護(hù)

10219運(yùn)輸巷采用鋼帶、錨桿、錨索、菱形網(wǎng)聯(lián)合支護(hù)。

1) 當(dāng)綜掘機(jī)割完一個(gè)循環(huán)后，臨時(shí)支護(hù)后及時(shí)打錨桿進(jìn)行支護(hù)，上鋪菱形網(wǎng)[4]。頂板錨桿選用Φ22-M24-2 400 mm高強(qiáng)度左旋無縱筋螺紋鋼錨桿，錨桿間距為900 mm，排距為1 000 mm，扭矩為300 N·m。頂鋼帶規(guī)格為4 800 mm×280 mm×4.5 mm(長×寬×厚)，頂錨桿均垂直頂板，呈矩形布置。錨桿用可調(diào)心拱型高強(qiáng)度錨桿托盤疊加安裝，鋼帶要密貼頂板，不松動(dòng)。每根頂錨桿用兩根錨固劑，一根CK2355錨固劑在上(孔底)、一根K2355錨固劑在下(10 mm≤錨桿外露距離≤40 mm)。

2) 幫錨桿選用Φ22-M24-2400mm高強(qiáng)度左旋無縱筋螺紋鋼錨桿，沿巷道掘進(jìn)方向兩幫每排各施工3根錨桿，錨桿間距900 mm，排距1 000 mm，其中最上排錨桿距頂板500 mm。幫錨桿呈矩形布置，扭矩為300N·m。錨桿用400 mm×280 mm×4.5 mm的鋼帶、可調(diào)心拱型高強(qiáng)度錨桿托盤疊加安裝，鋼帶要密貼巷幫，不松動(dòng)。每根錨桿用兩根錨固劑，一根CK2355錨固劑在內(nèi)(孔底)，一根K2355錨固劑(10 mm≤錨桿外露距離≤40 mm)。

3) 頂錨索選用規(guī)格為Φ21.6 mm×6 300 mm鋼絞線。頂錨索沿巷道掘進(jìn)方向每排施工兩根，呈“三三”布置，頂錨索。分別布置在距巷道兩幫各1 150 mm處，間距1 350 mm，排距2 000 mm，垂直頂板呈矩形布置。幫錨索選用規(guī)格為Φ21.6 mm×4 300 mm鋼絞線，沿巷道掘進(jìn)方向每2 000 mm兩幫施工2根，間距800 mm，其中最上一根距頂900 mm，與水平線呈15°夾角。錨索配合拱型高強(qiáng)度錨索托盤使用。施工完錨索后及時(shí)用鎖具將錨索鎖好，頂錨索預(yù)緊力為200 kN，幫錨索預(yù)緊力為120 kN。每根錨索用2根錨固劑，一根CK2355錨固劑在上(孔底)、一根K2355錨固劑在下(150 mm≤錨索外露距離≤250 mm)。最大控頂距為1 500 mm，最小控頂距500 mm。

4) 如遇頂板破碎或壓力增大時(shí)需及時(shí)架設(shè)上凈口為3.8 m的29#U型鋼棚。

3 取得的成效

1) 10219運(yùn)輸巷采用新支護(hù)后，根據(jù)現(xiàn)場圍巖十字布點(diǎn)的數(shù)據(jù)，將10219運(yùn)輸巷(3月～4月)及10219材料巷(4月)在施工一個(gè)月后巷道變形量對照表匯總?cè)绫?～表3。

表1 10219運(yùn)輸巷采用新支護(hù)方式巷道變形量

表2 10219運(yùn)輸巷采用原支護(hù)方式巷道變形量

表3 10219材料巷采用原支護(hù)方式巷道變形量

2) 通過表1與表2的數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)同巷道內(nèi)與上月的施工段比較，在采取新支護(hù)后，10219運(yùn)輸巷兩幫移近量平均減小150 mm；底鼓量平均減小180 mm，且巷道變形速度減緩。

通過表1與表3的數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)與同期施工的材料巷比較，在采取新支護(hù)后，10219運(yùn)輸巷兩幫移近量平均減小180 mm；底鼓量平均減小330 mm，且巷道變形速度減緩。

3) 原支護(hù)巷道施工過程中錨索托盤承載能力差，當(dāng)錨索預(yù)應(yīng)力和承受的載荷比較大時(shí)，托盤四周易翹起，承載能力降低，部分幫錨索失效。在采取新支護(hù)后，提高支護(hù)強(qiáng)度，大大減少圍巖變形量，減緩了巷道變形速度，避免了短時(shí)間內(nèi)進(jìn)行巷道二次維護(hù)工作。

4) 通過對錨桿、錨索測力計(jì)的觀測數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，原支護(hù)巷道中錨桿測力計(jì)初始值為8 kN～46.5 kN，錨索測力計(jì)初始值為34.6 kN～167 kN。采用高強(qiáng)度錨桿的新支護(hù)工藝后，原支護(hù)巷道中錨桿測力計(jì)初始值為37 kN～80.5 kN，錨索測力計(jì)初始值為60.3 kN～125 kN。對比發(fā)現(xiàn)，采用新支護(hù)后錨桿的初始預(yù)緊力平均增大32 kN，錨索的初始預(yù)緊力平均增大25 kN，說明在采用高強(qiáng)度錨桿及配套新支護(hù)材料后，錨桿錨索初始預(yù)緊力增加，擴(kuò)大預(yù)應(yīng)力的作用范圍，提高錨固體的整體剛度與完整性，對控制巷道圍巖變形取得更好的效果。

5) 10219運(yùn)輸巷新、舊支護(hù)材料每米單價(jià)對照發(fā)現(xiàn)，采用新支護(hù)后單價(jià)為2 717.625 元/m，原支護(hù)的單價(jià)為2 527.25 元/m，材料單價(jià)增加190.375 元/m。

4 采取新支護(hù)后存在的問題

1) 更改支護(hù)后，錨桿、錨索安裝工序進(jìn)行調(diào)整，包括使用新支護(hù)材料，新機(jī)具。職工處于對新型支護(hù)的適應(yīng)熟悉階段，在實(shí)際操作過程中，由于操作不規(guī)范，出現(xiàn)錨桿與煤壁不垂直，間排距不均，錨索角度差等工程質(zhì)量問題。

2) 更改支護(hù)后，現(xiàn)使用的錨索張拉機(jī)具為電動(dòng)液壓泵式錨索張拉千斤，實(shí)際使用過程中，錨索張拉后達(dá)不到規(guī)定的預(yù)緊力值。

5 改進(jìn)措施

1) 加大對職工進(jìn)行新支護(hù)設(shè)計(jì)的培訓(xùn)力度，并配備專職技術(shù)員進(jìn)行現(xiàn)場指導(dǎo)。在安裝錨桿、錨索時(shí)，上尺上線，且必須保證接觸面煤壁平整，將鋼帶及錨索托盤密貼頂幫煤壁，錨桿安裝后，對每根錨桿進(jìn)行預(yù)緊力檢測，不合格的錨桿要立即上緊，對錨桿錨固力進(jìn)行抽查，失效的錨桿必須重新補(bǔ)打。進(jìn)一步強(qiáng)化規(guī)范施工質(zhì)量。

2) 根據(jù)設(shè)計(jì)要求，將液壓泵式錨索張拉千斤更換為氣動(dòng)錨索張拉千斤，保證錨索預(yù)緊力符合規(guī)定。

3) 更改支護(hù)后，巷道的支護(hù)密度降低，每循環(huán)支護(hù)過程用時(shí)減少，在職工對新施工機(jī)具及新材料的使用熟練掌握后，預(yù)計(jì)在次月的掘進(jìn)過程中，支護(hù)速度將進(jìn)一步提高，在正常掘進(jìn)中，每班進(jìn)尺平均可達(dá)6 m。