軟弱頂板大斷面切巷錨網(wǎng)索聯(lián)合支護(hù)技術(shù)及應(yīng)用

暴廣昌

（晉能控股煤業(yè)集團(tuán)長(zhǎng)治三元中能煤業(yè)有限公司，山西 長(zhǎng)治 046600）

大斷面切巷頂板巖層的跨度大，頂板巖層控制相對(duì)困難，尤其當(dāng)頂板巖層遇到泥巖、砂質(zhì)泥巖等軟弱頂板巖層時(shí)，由于該類巖層自身強(qiáng)度低、承載能力弱、自穩(wěn)性能差且易發(fā)生碎脹變形，大斷面切巷圍巖控制難度進(jìn)一步加大[1-5]。下霍煤礦1306切巷斷面大，頂板存在軟弱煤層和砂質(zhì)泥巖、泥巖（直接頂巖層），因此，開展軟弱頂板巖層大斷面切巷錨網(wǎng)索聯(lián)合支護(hù)技術(shù)研究與應(yīng)用，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 工程概況

1306工作面為井田內(nèi)一采區(qū)工作面，開采3#煤層，開采煤層平均厚度5.3 m，平均傾角6°，屬近水平煤層。開采區(qū)域煤層結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，節(jié)理、裂隙發(fā)育。工作面北側(cè)為1305工作面采空區(qū)，其余三側(cè)均為實(shí)煤體。3#煤層直接頂巖層為0.86～7.35 m的砂質(zhì)泥巖、泥巖，直接頂巖層大部呈灰～灰黑色，中厚～厚層狀，泥巖自然抗壓強(qiáng)度5.8 MPa，砂質(zhì)泥巖自然抗壓強(qiáng)度4.8～26.5 MPa，均為軟弱巖層；基本頂為厚2.55～16.50 m的細(xì)粒砂巖，自然抗壓強(qiáng)度33.6～57.0 MPa，為半堅(jiān)硬巖～堅(jiān)硬巖層；3#煤層直接底板為厚0.30～6.31 m的砂質(zhì)泥巖、泥巖，自然抗壓強(qiáng)度10.7～21.6 MPa，為軟弱巖層；3#煤層基本底為1.05～4.83 m厚的細(xì)粒砂巖，自然抗壓強(qiáng)度為20.3 MPa，為半堅(jiān)硬～堅(jiān)硬巖層。1306切巷沿煤層底板布置，切巷掘進(jìn)矩形斷面，掘進(jìn)高度3.2 m，掘進(jìn)寬度7.80 m，切巷頂板為0.86～7.35 m軟弱頂板巖層，支護(hù)難度較大。

2 大斷面切巷錨網(wǎng)索聯(lián)合支護(hù)技術(shù)

1306切巷頂板軟弱巖層自身強(qiáng)度低、承載能力弱、自穩(wěn)性能差、易發(fā)生碎脹變形，加之?dāng)嗝婵缍容^大，圍巖控制難度很大。為保證1306切巷服務(wù)期內(nèi)的穩(wěn)定，根據(jù)切巷實(shí)際采掘生產(chǎn)地質(zhì)條件，開發(fā)了軟弱頂板巖層大斷面切巷錨網(wǎng)索聯(lián)合支護(hù)技術(shù)，促使支護(hù)圍巖形成共同承載體，從而實(shí)現(xiàn)大斷面切巷的穩(wěn)定控制。具體支護(hù)參數(shù)如下：

（1）切巷頂、幫錨桿均采用直徑22 mm、長(zhǎng)度2400 mm的高強(qiáng)錨桿，間排距設(shè)計(jì)為0.8 m×1.0 m，每根錨桿配套規(guī)格150 mm×150 mm×12 mm的高強(qiáng)度拱形托盤，每根錨桿打設(shè)1支型號(hào)CK2340、1支型號(hào)Z2360的樹脂錨固劑，錨桿的預(yù)緊扭矩不低于360 N·m。高強(qiáng)度、高預(yù)緊力的錨桿支護(hù)強(qiáng)化頂板淺部煤巖層，提高軟弱頂板巖層的自身承載能力，并促使錨桿形成的錨固支護(hù)體與圍巖形成共同承載體，如圖1。

圖1 切巷支護(hù)斷面示意圖（mm）

（2）頂板錨索采用直徑18.9mm、長(zhǎng)度11 000 mm的1×7股預(yù)應(yīng)力鋼絞線，間排距設(shè)計(jì)為1.6 m×2.0 m，每排5根。非開采幫錨索采用直徑18.9 mm、長(zhǎng)度5300 mm的1×7股預(yù)應(yīng)力鋼絞線，間排距設(shè)計(jì)為1.6 m×2.0 m，每排2根。每根錨索均配規(guī)格300 mm×300 mm×14 mm的高強(qiáng)拱形托盤。頂板錨索打設(shè)2支型號(hào)CK2340和3支型號(hào)Z2360樹脂錨固劑，非開采幫錨索打設(shè)1支型號(hào)CK2340和2支型號(hào)Z2360樹脂錨固劑，錨索的張拉預(yù)緊力不低于35 MPa。長(zhǎng)度11 000 mm頂板錨索可將錨桿形成的錨固支護(hù)體結(jié)構(gòu)錨固至堅(jiān)硬基本頂巖層，充分發(fā)揮基本頂巖層的承載性能，從而實(shí)現(xiàn)大斷面切巷的穩(wěn)定控制。

（3）頂、幫錨桿均采用鋼筋梯子梁連接，梯子梁由直徑14 mm圓鋼焊接而成。

（4）頂板每2根或3根錨索采用M鋼帶連接，非開采幫錨索采用M鋼帶連接，M鋼帶規(guī)格為厚4 mm、寬280 mm。

（5）頂、幫均鋪設(shè)菱形金屬網(wǎng)，10#鐵絲編制，頂網(wǎng)規(guī)格為4.4 m×1.2 m、3.0 m×1.2 m，幫網(wǎng)規(guī)格為2.8 m×1.2 m。

3 切巷圍巖控制效果分析

1306切巷支護(hù)后，進(jìn)行巷道變形監(jiān)測(cè)，圖2為切巷變形曲線圖，圖3為切巷變形速度曲線圖。由圖2、圖3可知，切巷圍巖呈現(xiàn)分階段變形特征，第一階段為圍巖失穩(wěn)快速變形階段，第二階段為圍巖失穩(wěn)調(diào)整緩慢變形階段，第三階段為圍巖穩(wěn)定階段。其中，第一階段圍巖失穩(wěn)快速變形階段發(fā)生在巷道掘出1.5月內(nèi)（45 d），該階段切巷開挖，圍巖短時(shí)間失穩(wěn)及應(yīng)力調(diào)整，切巷變形速度較快，其頂板變形達(dá)78 mm，平均、最大變形速度分別為1.76 mm/d、3.38 mm/d，其幫部變形達(dá)100 mm（開采幫約75 mm），平均、最大變形速度分別為2.48 mm/d、5.19 mm/d，幫部變形主要發(fā)生在開采幫一側(cè)；第二階段圍巖失穩(wěn)調(diào)整緩慢變形階段發(fā)生在巷道掘出1.5～3月內(nèi)（45～90 d），該階段受支護(hù)結(jié)構(gòu)影響明顯，圍巖應(yīng)力逐漸調(diào)整至穩(wěn)定，切巷圍巖變形速度減緩，階段內(nèi)頂板變形45 mm，平均、最大變形速度分別為1.21 mm/d、1.81 mm/d，其幫部變形56 mm（開采幫約39 mm），平均、最大變形速度分別為1.39 mm/d、1.68 mm/d，圍巖變形速度減緩35%～45%；第三階段圍巖穩(wěn)定階段在巷道掘出3個(gè)月（90 d）后，切巷圍巖應(yīng)力已調(diào)整穩(wěn)定，支護(hù)結(jié)構(gòu)已初步形成共同承載結(jié)構(gòu)，切巷圍巖變形速度降低至0.3 mm/d以下，圍巖趨于穩(wěn)定，頂、幫變形量分別為135 mm、169 mm，開采幫變形明顯大于非開采幫?，F(xiàn)場(chǎng)調(diào)研切巷未發(fā)現(xiàn)大變形現(xiàn)象，表明了大斷面切巷錨網(wǎng)索聯(lián)合支護(hù)技術(shù)的合理性。

圖2 切巷變形曲線圖

圖3 切巷變形速度曲線圖

4 結(jié)論

本文提出了軟弱頂板巖層大斷面切巷錨網(wǎng)索聯(lián)合支護(hù)技術(shù)，技術(shù)以強(qiáng)化頂板軟弱煤巖層、利用基本頂堅(jiān)硬巖層為核心，利用高強(qiáng)度、高預(yù)緊力錨網(wǎng)索支護(hù)，在1306切巷進(jìn)行了應(yīng)用，切巷掘出3個(gè)月后，切巷圍巖變形速度降低至0.3 mm/d以下，圍巖趨于穩(wěn)定，頂、幫變形量為135 mm、169 mm。綜上，大斷面切巷錨網(wǎng)索聯(lián)合支護(hù)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了1306切巷的穩(wěn)定控制。