松軟圍巖溜子道巷道支護(hù)參數(shù)優(yōu)化技術(shù)研究

王軍華

（邯鄲通順礦業(yè)有限公司，河北 邯鄲 056201）

0 引 言

我國煤炭開采主要以井下開采為主，因此會(huì)在地下掘出大量巷道[1]。近些年來，煤炭開采難度不斷增加，各種支護(hù)問題也隨之而來。巷道在掘進(jìn)過程中，工作面所處的應(yīng)力環(huán)境和圍巖條件更為復(fù)雜，但是由于支護(hù)設(shè)計(jì)之初考慮因素不全面，導(dǎo)致支護(hù)巷道圍巖變形量較大，難以滿足現(xiàn)場(chǎng)實(shí)用需要，因此煤巷的支護(hù)問題越來越突出[2-6]。不僅如此，巷道開挖后使圍巖應(yīng)力重新分布，造成局部高應(yīng)力集中，增加了巷道支護(hù)的困難，降低支護(hù)效果，甚至完全失去效果[7-8]。近些年，關(guān)于高應(yīng)力、大斷面巷道圍巖變形破壞的研究，大多是通過處理復(fù)雜頂板支護(hù)難的問題來解決巷道的穩(wěn)定[9-12]，強(qiáng)幫支護(hù)的技術(shù)也取得不錯(cuò)的效果[13-14]。本文針對(duì)大社礦921102 溜子道掘進(jìn)工作面錨桿、錨索著力基礎(chǔ)較弱、頂板穩(wěn)定性差，且參數(shù)不合理的情況，對(duì)巷道支護(hù)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。

1 概 況

大社礦2 號(hào)煤層屬穩(wěn)定煤層，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，含有2 層次煤條帶及2 層夾矸，上層夾矸距煤層頂板0.3 ~ 0.5 m，厚0.05 m，下層夾矸距煤層底板1.5 m，厚0.1～0.2 m，平均煤厚5.8 m。煤層硬度為2～3，巖層硬度為3～7。老頂為中粒砂巖，直接頂為粉砂巖，直接底為粉砂巖，老底為中粒砂巖。該工作面主要為單斜構(gòu)造，巖層走向NE，傾向NW。斷裂構(gòu)造以NE 向正斷層為主，NW 向次之。大社礦2 號(hào)煤為煤與瓦斯突出煤層，該工作面進(jìn)行區(qū)域預(yù)測(cè)并出具了區(qū)域預(yù)測(cè)報(bào)告。經(jīng)峰集通防便字[2019]第43 號(hào)文批復(fù)，大社礦2 號(hào)煤層921102 工作面區(qū)域無煤與瓦斯突出危險(xiǎn)。掘進(jìn)期間預(yù)計(jì)瓦斯涌出量為0.5～1 m3/min。煤層為Ⅲ類不易自燃煤層；煤塵具有爆炸性，爆炸指數(shù)為8.43%～11.84%。周圍老巷及斷層較多，致使掘進(jìn)過程中地壓對(duì)生產(chǎn)影響較大。

2 錨桿、錨索支護(hù)參數(shù)

921102 溜子道毛寬5 000 m，毛高3 200 mm。巷道使用多個(gè)錨桿、錨索，布置推薦方案如圖1 所示。頂板安裝5 根短錨索，每2 根間距1 100 mm；兩幫分別各安裝4 根錨桿，每2 根間距為1 000 mm，巷道幫部錨桿以及頂板短錨索排距參照間距為1 200 mm。溜子道頂板全錨索支護(hù)情況如圖1所示。

2.1 頂板短錨索

使用規(guī)格為φ17.8 mm×3 000 mm 的低松弛鋼絞線制作，搭配上150 mm×150 mm×10 mm 高強(qiáng)拱形托盤以及高強(qiáng)鎖具，并將其壓在鋼筋梯子梁上。加長樹脂錨固，鉆孔直徑≤30 mm，使用規(guī)格為K2360 的錨固劑1 支以及規(guī)格為Z2360 的錨固劑2 支。頂板配以雙抗塑料網(wǎng)、鋼筋網(wǎng)和鋼筋梯子梁用來輔助支護(hù)，采用直徑為6 mm 的鋼筋焊接而成的經(jīng)緯網(wǎng)做鋼筋網(wǎng)，網(wǎng)格大小為100 mm×100 mm，頂板鋼筋網(wǎng)和雙抗網(wǎng)尺寸均為5 000 mm×1 100 mm（也可以是2 550 mm×1 100 mm 兩片），相鄰網(wǎng)搭接約100 mm，使用12 號(hào)鐵絲鈕扣聯(lián)結(jié)，聯(lián)結(jié)間距小于或等于100 mm，錨索托盤必須壓住鋼筋梯子梁并壓在2 片網(wǎng)搭接部分。頂板梯子梁采用直徑16 mm 的鋼筋焊接而成，其尺寸為5 000 mm（長度） ×100 mm（寬度），梯子梁上在相應(yīng)位置布置錨索孔，孔間距1 100 mm，利用短錨索將梯子梁、鋼筋網(wǎng)和雙抗網(wǎng)壓緊接頂。短錨索預(yù)緊力應(yīng)大于或等于200 kN。

2.2 頂板長錨索

使用直徑為22 mm、長度為7 m 的1×19 股高強(qiáng)度低松弛鋼絞線制，有效使用長度約6.7 m，錨索按“2121”形式布置，排距1 200 mm，緊跟掘進(jìn)迎頭施工。2 根錨索間用鋼筋梯子梁聯(lián)結(jié)，鋼筋梯子梁采用直徑16 mm 的鋼筋焊接而成，其尺寸為2 800 mm（長度） ×100 mm（寬度），梯子梁上在相應(yīng)位置布置錨索孔，孔間距2 200 mm，嚴(yán)格按照路線緊跟掘進(jìn)施工。錨索鉆孔直徑≤30 mm，錨固使用1 卷K2360 和2 卷Z2360 樹脂錨固劑，理論錨固長度約2 289 mm，在錨索錨固端2 100 mm 所在位置添加擋圈。托盤使用300 mm×300 mm×16 mm 的高強(qiáng)球型托盤，錨索預(yù)緊力應(yīng)≥200 kN。

2.3 兩幫錨桿

錨桿使用的是右旋螺紋鋼高強(qiáng)錨桿，錨桿使用鋼材屈服強(qiáng)度應(yīng)大于或者等于335 MPa，規(guī)格為φ20 mm×2 400 mm，使用150 mm×150 mm×10 mm 高強(qiáng)拱形托盤以及高強(qiáng)螺母作為搭配，包括減摩墊圈；錨固參數(shù)：鉆孔直徑≤30 mm，加長錨固，樹脂藥卷每個(gè)孔使用2 支，錨固劑規(guī)格分別為為K2360、Z2360，每個(gè)使用1 卷；輔助支護(hù)：使用雙抗網(wǎng)及鋼筋梯子梁來輔助支護(hù)兩幫，鋼筋梯子梁寬80～100 mm，采用φ16 mm 的鋼筋焊接而成，托梁長度為3 200 mmm。雙抗網(wǎng)相鄰網(wǎng)搭接約100 mm，采用12 號(hào)鐵絲鈕扣聯(lián)結(jié)，聯(lián)結(jié)間距不大于100 mm，2 片網(wǎng)搭接部分必須使用錨桿托盤壓住。

錨桿安裝預(yù)緊力，最初使用錨桿鉆機(jī)安裝錨桿攪拌樹脂藥卷，接著用扭矩放大器或者扭矩沖擊器擰緊螺母，安裝完成錨桿預(yù)緊力矩應(yīng)大于或者等于200 N·M。

3 工業(yè)性試驗(yàn)

對(duì)巷道支護(hù)設(shè)計(jì)優(yōu)化后，對(duì)巷道圍巖變形進(jìn)行了監(jiān)測(cè)，評(píng)估支護(hù)方案的合理性，有需要時(shí)調(diào)整支護(hù)設(shè)計(jì)，對(duì)巷道表面進(jìn)行位移監(jiān)測(cè)，包括頂?shù)装逑鄬?duì)移近量和兩幫相對(duì)移近量。采用十字布點(diǎn)法安設(shè)測(cè)站，每個(gè)測(cè)站應(yīng)安設(shè)2 個(gè)監(jiān)測(cè)斷面，基點(diǎn)應(yīng)安設(shè)牢固。在距離試驗(yàn)巷道開口段50 m 左右布置第一個(gè)測(cè)站，在距離試驗(yàn)巷道開口段100 m 左右布置第二個(gè)測(cè)站，對(duì)巷道頂?shù)装逡平亢蛢蓭鸵平窟M(jìn)行觀測(cè)和分析，測(cè)站剛剛建成時(shí)，第一次測(cè)定在布置當(dāng)天進(jìn)行，之后每天進(jìn)行1 次觀測(cè)，20 d 后降低頻率，3 d 進(jìn)行1 次觀測(cè)。圖2、圖3 為巷道采用新的支護(hù)設(shè)計(jì)后的兩測(cè)站頂、底板及兩幫圍巖移近量變化。

圖1 溜子道頂板全錨索支護(hù)示意Fig.1 Roadway roof support all used anchor cable

可以看出，剛開始支護(hù)時(shí)，巷道掘進(jìn)的動(dòng)壓影響較大，巷道圍巖變形較大，巷道頂、底板移近量和兩幫移近量變化幅度大，變形量大。但10 d 以后，支護(hù)開始起到一定作用，頂板、兩幫移進(jìn)量上升趨勢(shì)開始變緩，而且在巷道掘進(jìn)中后期時(shí)，巷道圍巖應(yīng)力重新分布，頂?shù)装逡七M(jìn)量、兩幫移進(jìn)量趨于穩(wěn)定，說明巷道參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)取得了一定效果。測(cè)站1 頂?shù)装逡平糠€(wěn)定在153.6 mm，兩幫移近量穩(wěn)定在101.0 mm；測(cè)站2 頂?shù)装逡平糠€(wěn)定在150.4 mm，兩幫移近量穩(wěn)定在102.8 mm。圍巖變化趨于穩(wěn)定，可見參數(shù)優(yōu)化后的頂板全錨索支護(hù)滿足巷道掘進(jìn)要求。

圖2 1 號(hào)測(cè)站巷道表面位移Fig.2 Roadway surface displacement of No.1 station

圖3 2 號(hào)測(cè)站巷道表面位移Fig.3 Roadway surface displacement of No.2 station

4 結(jié) 論

（1） 通過理論分析，對(duì)溜子道掘進(jìn)工作面錨桿、錨索著力基礎(chǔ)較弱、巷道掘進(jìn)超前支承壓力較大的問題，采用頂板全錨索支護(hù)技術(shù)，解決了大社礦溜子道工作面的掘進(jìn)支護(hù)難題，提高了巷道掘進(jìn)率，保證快速安全生產(chǎn)，提高了經(jīng)濟(jì)效益。

（2） 工業(yè)性試驗(yàn)結(jié)果顯示，使用聯(lián)合支護(hù)技術(shù)優(yōu)化后，減輕了巷道礦壓。巷道圍巖變形量減小，且巷道圍巖變形在25 d 左右趨于穩(wěn)定。該方案提出的參數(shù)優(yōu)化合理可行，支護(hù)強(qiáng)度適中可靠，能夠保證大社礦溜子道工作面巷道的長期穩(wěn)定與安全使用。