王坪煤礦2309 巷構(gòu)造帶圍巖控制技術(shù)

張睿偉

（晉能控股朔州煤電公司，山西 朔州 038300）

煤礦生產(chǎn)施工中經(jīng)常發(fā)生冒頂片幫等頂板事故，損失不容忽視[1-3]。礦井在采掘過程中遇到斷層、褶曲或陷落柱等地質(zhì)構(gòu)造，由于應(yīng)力場(chǎng)復(fù)雜，礦壓不穩(wěn)定，導(dǎo)致原本支護(hù)措施受破壞或者失效，很容易釀成事故，制定針對(duì)性的支護(hù)方案非常必要[4-7]。

1 概況

晉能集團(tuán)朔州煤電王坪煤礦位于大同煤田中部的東緣，地表大部為第四系黃土覆蓋，僅部分溝坡處出露有石炭系太原組和二疊系山西組、上、下石盒子組地層。地層產(chǎn)狀較平緩，傾角在3°～14°之間，一般為5°～8°。井田內(nèi)主體構(gòu)造為兩條與大同向斜軸平行的次級(jí)褶曲—小峪向斜和小峪背斜。井田內(nèi)共發(fā)現(xiàn)5 m 及以上斷層47 條，其中10 m 以上斷層14 條。受區(qū)域構(gòu)造影響，構(gòu)造以斷裂為主，斷層較發(fā)育，且多以張扭性正斷層為主，集中發(fā)育在向、背斜軸部，即“先扭后張”。此外，井田內(nèi)還發(fā)育陷落柱8 處和火成巖巖脈15 條。

303 盤區(qū)2309 掘進(jìn)工作面在掘進(jìn)過程中主要受輝綠巖墻及斷層影響，掘進(jìn)至1569 m 處時(shí)，揭露一條H=4.3 m 正斷層。接近斷層附近，煤巖層出現(xiàn)傾角增大、裂隙發(fā)育，多處局部下沉，錨索預(yù)應(yīng)力衰減，錨桿、錨索支護(hù)失效現(xiàn)象嚴(yán)重，巷道出現(xiàn)了離層、變形、破碎并伴隨著局部冒頂現(xiàn)象。為確保巷道圍巖完整和掘進(jìn)安全，需要進(jìn)行必要的補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)。

2 圍巖控制措施

303 盤區(qū)2309 巷掘進(jìn)工作面采用錨固劑+錨桿+鋼帶+錨索聯(lián)合支護(hù)進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)。

2.1 錨固劑

錨固劑選擇及三徑配比情況見表1，均采用加長(zhǎng)錨固。

表1 錨固劑選擇方案

安裝樹脂藥前需要設(shè)計(jì)好安裝的數(shù)量和順序，然后將樹脂錨固劑按要求置于錨桿（索）孔中。用專用連接套將樹脂藥卷和錨桿頂端連接好，緩緩送入鉆孔內(nèi)部，直至孔的底部。為保證其充分發(fā)揮作用，需不停轉(zhuǎn)動(dòng)錨桿均勻攪拌藥劑20 s 左右。

2.2 錨桿、錨索選擇

1）頂錨桿：鋼材型號(hào)MG400，由左旋無縱筋螺紋鋼加工而成，長(zhǎng)度2200 mm，直徑20 mm，工藝為等強(qiáng)加工；保證尾部螺紋的破斷力達(dá)到桿體整體破斷力的90%以上，工藝為滾絲加工。303 盤區(qū)2309 巷外帶規(guī)格為5100 mm×220 mm×3 mm的鋼帶和規(guī)格為110 mm×110 mm×10 mm 的鋼托盤；303 盤區(qū)2309 巷回風(fēng)聯(lián)絡(luò)巷外帶規(guī)格為3500 mm×220 mm×3 mm 的鋼帶和規(guī)格為110 mm×110 mm×10 mm 的鋼托盤；303 盤區(qū)2309 巷運(yùn)料聯(lián)絡(luò)巷外帶規(guī)格為4100 mm×220 mm×3 mm 的鋼帶和規(guī)格為110 mm×110 mm×10 mm 的鋼托盤。頂錨桿試驗(yàn)錨固力＞112.5 kN，設(shè)計(jì)預(yù)緊力矩＞250 N·m，錨桿鉆孔垂直頂板打設(shè)。

2）幫錨桿：鋼材型號(hào)MG335，長(zhǎng)度2000 mm，直徑18 mm，桿體和尾部加工工藝以及破斷力同頂錨桿。外帶規(guī)格為250 mm×250 mm×10 mm 的鋼托盤。幫錨桿試驗(yàn)錨固力＞76.5 kN，設(shè)計(jì)預(yù)緊力矩＞150 N·m，幫錨桿鉆孔垂直巷幫打設(shè)。

3）錨索：選用1×7 結(jié)構(gòu)，公稱直徑為17.8 mm，拉斷載荷為355 kN，伸長(zhǎng)率為4%，錨具極限拉力≥342 kN。錨索外帶鋼托盤（Q235 型鋼材）規(guī)格為250 mm×250 mm×16 mm，屈服強(qiáng)度為235 MPa，伸長(zhǎng)率不大于26%。錨索試驗(yàn)錨固力＞285 kN，設(shè)計(jì)預(yù)緊力＞180 kN，錨索鉆孔垂直頂板打設(shè)。

鉆孔前根據(jù)規(guī)定的間、排距標(biāo)好位置，根據(jù)規(guī)定的孔深、角度進(jìn)行鉆孔。鉆孔鉆好后，用錨桿將錨固劑送至鉆孔底部，密實(shí)，連接好手持氣動(dòng)式風(fēng)鉆攪拌35～40 s，取下鉆機(jī)和連接套，待凝固3 min后上好鋼托盤、擰上螺帽，再用風(fēng)動(dòng)扳手?jǐn)Q緊螺帽，然后用力矩扳手進(jìn)行檢查是否合格。

4）金屬網(wǎng)：選用鍍鋅鐵絲編織的菱形網(wǎng)，網(wǎng)孔規(guī)格50 mm×50 mm，長(zhǎng)度6500 mm，寬度1400 mm，每米使用1.5 卷。

巷道鋪設(shè)幫網(wǎng)前先支設(shè)幫錨桿，然后由外向里展開幫網(wǎng)，最后安設(shè)幫錨桿鋼托盤。網(wǎng)與網(wǎng)必須搭接牢固，壓茬連接，壓茬長(zhǎng)度為200 mm，每隔200 mm 用14#鐵絲扭結(jié)2 股，雙絲雙扣，綁扎牢固，綁死扭結(jié)不少于3 圈，扭結(jié)接頭為雙排。做到錨網(wǎng)必須貼緊巖面，不得出現(xiàn)網(wǎng)兜，錨桿托板必須將網(wǎng)壓緊、壓平。

2.3 支護(hù)設(shè)計(jì)

1）頂板支護(hù)。采用錨桿、錨索、金屬網(wǎng)聯(lián)合支護(hù)，如圖1、圖2。頂板支護(hù)選用型號(hào)為MG400 的左旋無縱徑螺紋鋼錨桿，錨桿長(zhǎng)度2200 mm，直徑20 mm，間、排距950 mm×1200 mm，設(shè)計(jì)預(yù)緊力矩＞250 N·m，垂直頂板打設(shè)。開口往里0～435.66 m 擴(kuò)幫、起底段，錨桿外帶規(guī)格為250 mm×250 mm×10 mm 的鋼托板；開口往里435.66～2 273.41 m段，頂錨桿外帶規(guī)格為5100 mm×220 mm×3 mm的鋼帶和規(guī)格為110 mm×110 mm×10 mm 的鋼托盤。頂錨索根據(jù)頂煤厚度選擇不同長(zhǎng)度的1×7 的高強(qiáng)度低松弛預(yù)應(yīng)力鋼絞線，直徑為17.8 mm，設(shè)計(jì)預(yù)緊力＞180 kN，采用五花布置，垂直頂板打設(shè)。第一排2 根，第二排3 根，間排距為1500 mm×2400 mm。當(dāng)頂煤厚度小于2 m 時(shí)，選用4200 mm 錨索；當(dāng)頂煤厚度在2～4 m 之間時(shí)，選用5200 mm 錨索；當(dāng)頂煤厚度達(dá)到4 m 時(shí)，選用6200 mm 錨索。外帶鐵托板規(guī)格為250 mm×250 mm×16 mm，并鋪設(shè)鍍鋅鐵絲編織的菱形網(wǎng)，網(wǎng)孔規(guī)格50 mm×50 mm，長(zhǎng)度為6500 mm，寬度為1400 mm。

圖1 2309 巷補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)平面圖（mm）

圖2 2309 巷補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)斷面圖（mm）

2）兩幫支護(hù)。采用MG335 的左旋無縱徑螺紋鋼錨桿，長(zhǎng)度2000 mm，直徑18 mm，間、排距1000 mm×1500 mm，設(shè)計(jì)預(yù)緊力矩＞150 N·m，垂直巷幫打設(shè)。兩幫上排錨桿距頂板為400 mm，外帶規(guī)格為250 mm×250 mm×10 mm 的鋼托盤，并鋪設(shè)鍍鋅鐵絲編織的菱形網(wǎng)，網(wǎng)孔規(guī)格50 mm×50 mm，長(zhǎng)度為6500 mm，寬度為1400 mm。如圖3。

圖3 2309 巷擴(kuò)幫支護(hù)平面圖（mm）

2.4 支護(hù)強(qiáng)度驗(yàn)算

按單體錨桿懸吊理論計(jì)算可得到結(jié)果見表2。

表2 支護(hù)設(shè)計(jì)驗(yàn)算取值

由表2 可見，通過對(duì)比理論計(jì)算值，補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)實(shí)際所選擇的參數(shù)，均滿足支護(hù)要求。

3 結(jié)論

王坪煤礦2309 巷接近斷層、褶曲或陷落柱時(shí)，支護(hù)失效、巷道變形，制定針對(duì)性聯(lián)合補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)方案，提高圍巖穩(wěn)定性，后期生產(chǎn)中有效地增加工作面圍巖穩(wěn)定性，頂板變形、下沉以及與底板的相對(duì)移近量減少，頂板事故明顯減少，保證礦井安全生產(chǎn)。