樊國建萬峰

(開灤林南倉礦業(yè)分公司，河北唐山 064106)

復合支護在煤礦“三軟”煤層巷道的研究與應用①

樊國建②萬峰

(開灤林南倉礦業(yè)分公司，河北唐山 064106)

開灤林南倉礦業(yè)分公司煤11為三軟煤層，頂板、煤層、底板均比較軟，掘進及回采過程巷道變形嚴重，巷道進行多次套修仍不能滿足安全生產(chǎn)需要，。通過對錨桿作用機理進行分析和研究，三軟煤層巷道采取金屬拱形支架與錨網(wǎng)復合支護，與原巷道支護進行分析比較，找出適合三軟煤層的支護形式，確定采取最佳支護類型，延長巷道的服務(wù)年限。

承載;周變化量;監(jiān)測;復合支護;回采動壓

1 礦井情況

礦井于1970年4月開始建井，1978年8月轉(zhuǎn)交原開灤礦務(wù)局管理，1985年11月21日正式投產(chǎn)。原始設(shè)計生產(chǎn)能力為120萬噸/年，設(shè)計服務(wù)年限為91年。由于井田地質(zhì)構(gòu)造復雜，生產(chǎn)工藝落后以及銷售不好等原因，一直沒有達到設(shè)計生產(chǎn)能力。隨著科技進步，先進采煤工藝的引進，礦井采用了輕型放頂煤及綜采技術(shù)，生產(chǎn)能力不斷提高，2007年礦井產(chǎn)量達到了100萬噸。林南倉井田，地理座標為東經(jīng)117°37'00″，北緯39°50'00″，東西長約7km，南北寬約3.5km，整個井田呈一個不規(guī)則的長圓形，井田面積約為22.0km2，有5個可采煤層，其中煤11、煤12為主采煤層。礦井采用豎井、多水平、階段石門開拓方式。

2 2218(下)掘進工作面地面相對位置及鄰近采區(qū)開采情況

2218(下)掘進工作面位于－650水平，東二小采區(qū)，主采11煤層，12煤層已回采完畢，北鄰2218工作面已回采，下運以南3m，南到倉29鉆孔以南53m處，西起2218運料眼，東到倉29鉆孔以東64m處，其下部為－620皮帶巷和－650東大巷。巷道設(shè)計長度：上風672.8m，下運709.9m，切眼121m。見圖1 2218(下)掘進面位置示意圖。

附圖12218(下)掘進面位置示意圖

3 煤層頂、底板巖石性質(zhì)特征

老頂：淺灰色中粒砂巖，厚度13.05m，高嶺土質(zhì)膠結(jié)，底部含植物碎屑化石。

直接頂：深灰～灰白細粉砂巖，厚度1.1m，水平層理，黑白互層，呈塊狀及鱗片狀構(gòu)造，含植物及根化石。

煤層：復雜型粉末狀結(jié)構(gòu)煤層，煤層穩(wěn)定，從頂板往下有約0.4m厚炭質(zhì)粘土巖，呈碎塊狀，其下厚度為3.3m煤。

直接底：灰色粉砂巖，厚度3.3m，含少量植物根化石，巖石致密，偶含高特木化石。

老底：淺灰色粗砂巖，厚度10.8m，以石英燧石為主，結(jié)構(gòu)松散易碎，高嶺土質(zhì)膠結(jié)，局部鈣質(zhì)膠結(jié)，下部富含金云母。見圖2 2218(下)煤層綜合柱狀圖

附圖22218下綜合柱狀圖

4 支護設(shè)計

4.1 巷道圍巖分析

煤11頂?shù)装鍘r性差，煤層系復雜型粉末狀結(jié)構(gòu)煤層硬度低，承載能力差，直接頂：深灰～灰白細粉砂巖遇淋水變軟，巷道圍巖強度低，并且多次受回采動壓影響。

4.2 支護方式

同一區(qū)域的2212、2214、2216、2218等工作面，均采取10.4m229U金屬拱形支架進行支護，巷道掘進破壞了原巖應力平衡，應力重新分布，巷道壓力較大，與原支架支護效果比較，存在很多缺陷，相對于錨桿支護來說屬于被動支護，不能及時承載，發(fā)揮圍巖的自撐能力，對圍巖變形適應能力差，若架型與來壓方式不一致，來壓大小不同，單靠其自身強度根本抵御不了壓力對圍巖和支護體所產(chǎn)生的強大載荷，支架崩卡纜及支架折損現(xiàn)象嚴重。巷道打上幫錨桿，使巷道兩幫2米范圍內(nèi)煤巖層變?yōu)橐粋€整體，有效減小了支架頂、幫壓力，為滿足安全及生產(chǎn)需要，確定采取金屬拱形支架與錨網(wǎng)復合支護。見圖3金屬拱形支架與錨網(wǎng)符合支護圖

附圖3 金屬拱形支架與錨網(wǎng)復合支護圖

5 支護工藝

1)10.4m2金屬拱形支架要求。凈高：2700m m，凈寬：4400±m(xù)m，搭接：400mm，卡距：300±30mm，棚距：600±50mm，卡纜螺栓扭矩：150N·m允許偏差：不小于135N·m。

2)錨網(wǎng)技術(shù)要求。幫錨桿：每空6根，錨桿長度：2000mm，錨桿直徑：Ф20mm，錨桿間距：700 ±100mm，錨桿排距：600±50mm

3)錨固劑。KL型樹脂藥卷，每根錨桿使用3卷樹脂藥卷，一個cK2333快速樹脂藥卷，兩個K2333中速樹脂藥卷。

4)打錨桿順序為第一根打在兩套卡纜中間，依次向下打，間距700mm，兩幫對稱打好。錨桿托盤采用高強度平面托盤，用6mm厚鋼板加工制成，規(guī)格為120×120mm。攪拌藥卷時攪拌時間為25～30s，停止攪拌后，等待3分鐘，然后上托板和螺母，使錨桿具有一定的預緊力，擰緊力矩應達到80N·m。錨桿角度應符合設(shè)計要求，軸向偏差不得超過±5°，錨桿尾端外露長度為30～50mm。

6 幫錨桿施工安全技術(shù)措施

1)先觀察頂部是否有掉，如果有，用長柄工具找掉，并插背好上頂。

2)操作人員要在開工前檢查幫錨桿機各零部件是否松動，潤滑器內(nèi)油量是否充足。煤電鉆也要檢查好，并試跳。

3)根據(jù)設(shè)計要求定出眼位，并做好標記。

4)打眼兩個人要互相配合，協(xié)調(diào)行動，做好相互保安和自主保安。打眼工嚴禁戴手套。

5)眼打好后將錨桿插入孔內(nèi)至孔底，量好可安裝長度，取下錨桿，開始裝藥。

6)裝藥前首先檢查樹脂藥包是否有效，不合格的藥卷嚴禁使用。

7)用幫錨桿機或煤電鉆旋轉(zhuǎn)攪拌，攪拌過程要求連續(xù)進行，邊攪拌邊推進，快攪慢推，使藥卷充分混合。

8)背板壓爛嚴重;頂板有"悶炮"聲，巷道掉渣片邦嚴重;頂板破碎;支架斷梁折腿、支架變形嚴重;頂板下沉離層有裂縫;打眼時卡釬。遇上述情況時，工作面必須停止工作，采取措施進行處理支架采取設(shè)臨時木點柱、增大錨桿的支護密度、減少空頂距離、采取錨網(wǎng)支護、錨索排間距縮小、并緊跟工作面，遇危急情況及時撤離危險區(qū)。

7 巷道變形觀測

2009年10月，2218(下)掘進頭開始掘進，在2218(下)掘進頭上風巷、下運道每隔50米設(shè)立一個巷道“十字”觀測點，每周一次對巷道29U金屬拱形支架高、寬位移進行監(jiān)測。2218(下)工作面完工時，上風巷、下運道各設(shè)觀測點13個，巷道測點布置見圖4。到2010年3月對測點進行了21次測量，觀測點周變化量見表1，觀測點周變化量曲線圖見圖5

附圖42218(下)工作面完工時巷道測點布置圖

表12218 (下)工作面上風巷、下運道高寬平均屬周移近量數(shù)值表mm架

續(xù)表

附圖5觀測點周變化量曲線圖

8 觀測數(shù)據(jù)分析

巷道沒打錨桿之前29U金屬拱形支架高、寬位移變化量都很大，巷道斷面迅速縮小，頂部壓力使29U金屬拱形支架高度迅速縮小，增加巷道清臥量，崩卡纜現(xiàn)象時有發(fā)生;兩幫壓力使29U金拱形支架寬度迅速減小，加快巷道金屬拱形支損壞，支架頂部梁被壓折，巷道重復套修，給巷道運輸、通風造成很大影響，給安全生產(chǎn)帶來很大隱患。巷道打上幫錨桿后，使巷道兩幫2米范圍內(nèi)煤巖層變?yōu)橐粋€整體，有效減小了支架頂、幫壓力，1個月之后29U金屬拱形支架高、寬位移變化量逐漸減小，巷道斷面逐漸保持穩(wěn)定，從所測數(shù)據(jù)顯示打上幫錨桿后使巷道頂部移近量減小了近1/3，減少了巷道清臥量，杜絕了崩卡纜現(xiàn)象;打上幫錨桿后使巷道兩幫移近量減小10多倍，29U金屬拱形支架寬度趨于穩(wěn)定，減少巷道金屬拱形支架損壞，杜絕了支架頂部梁被壓折現(xiàn)象，延長了巷道服務(wù)年限，回采時巷道不用套修，仍可滿足運輸、通風、安全生產(chǎn)所需巷道斷面高度、寬度。

9 經(jīng)濟評價

9.1 打錨桿所需費用

每根錨桿所需費用，錨桿+錨固劑+托板+螺母=47元。錨桿排距：0.6米，每排6根，上風巷、下運道共計672.8+709.9=1382.7米，共需錨桿1382.7÷0.6×6=13827根

上風巷、下運道共計錨桿費用13827×47= 64.9萬元

打錨桿所需工力費用

每班每工打錨桿15根，共需工力13827÷15 =921工

打錨桿所需工力費用921×83.6=7.7萬元

合計總的打錨桿費用64.9+7.7=72.6萬元

9.2 套修所需費用

回采過程中，沒打錨桿比打錨桿巷道多套修一次。每架29U金屬拱形支架所需費用，支架費+套支架材料費=961+145=1106元。支架間距0.6米。上風巷、下運道共計1382.7米，共需支架1382.7÷0.6=2304架。上風巷、下運道共計套修費用2304×1106=254.8萬元。套修所需工力費用：套修每架支架用工2工，共需工力2304÷2=1152工;套修支架所需工力費用1152 ×83.6=9.6萬元;合計總的套修支架費用254.8 +9.6=264.4萬元。

9.3 清臥巷道所需費用

回采過程中，沒打錨桿比打錨桿多清臥巷道0.4米深，至少1次。回采工作面時，沒打錨桿比打錨桿多清臥巷道0.4米深，至少1次。每工每班清臥支架7架，共需工力2304÷7×2=658工。清臥巷道所需工力費用658×83.6=5.5萬元。

10 經(jīng)濟、社會效益

2218 (下)工作面三軟煤層巷道采取金屬拱形支架與錨網(wǎng)復合支護，與原巷道進行分析比較，減少了大量重復性工程，節(jié)約運輸新舊支架、架支架所需材料、運輸套修所產(chǎn)矸子設(shè)備用電56萬余元，解決了礦井工力緊張、銜接緊張的局面，提高了安全生產(chǎn)，為礦井節(jié)支、降耗、高產(chǎn)、高效提供了有力保障。

總的直接經(jīng)濟效益：

設(shè)備用電+套修支架費用+清臥巷道所需工力費用－打錨桿費用=56+264.4+5.5－72.6= 253.3萬元。

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［3］柏建彪，王襄禹，賈明魁，深部軟巖巷道支護原理及應用［J］.巖土工程學報，2008，30(5)：632－635

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Compound support in the coal mine“soft”Research and Application of Coal Seam

FAN Guojian，WAN Feng

(Kailuan Group linnancang Mining Branch Company，Tangshan Hebei064106)

Kailuan Coal Mining Co 11 linnancang three soft seam，roof，seam and floor are quite soft，and the mining process Roadway excavation serious multiple sets of tunnel repair still can not meet the safety requirements.Bolt mechanism through analysis and research，the three soft coal seam to the metal stent and anchor net composite arch support，and the original roadway was analyzed and compared to find out for three forms of the supporting soft coal，determined to take the most Best type of support，extending the service life of the roadway.

bearing;weekly variation;monitoring;compound support;mining dynamic pressure

TD353

A

1672－7169(2011)01－0037－04

2011－01－07

樊國建(1982－)，男，河北石家莊人，開灤林南倉礦業(yè)分公司管段工程師。