李建云

（霍州煤電集團(tuán)汾源煤業(yè)公司，山西 霍州 035100）

雖然近年來(lái)國(guó)家一直在推進(jìn)能源結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變，但是社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展決定了短期內(nèi)以煤為主的消費(fèi)結(jié)構(gòu)不會(huì)改變[1-2]。我國(guó)煤礦以井工開(kāi)采為主，需要掘進(jìn)大量的地下巷道，據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)每年井下掘進(jìn)巷道長(zhǎng)度已經(jīng)超過(guò)了2萬(wàn)km，因此，實(shí)現(xiàn)服務(wù)期內(nèi)巷道的穩(wěn)定控制是保證煤礦高效開(kāi)采的前提。為此，國(guó)內(nèi)外專(zhuān)家學(xué)者和技術(shù)人員進(jìn)行了系列研究和實(shí)踐，目前已形成了懸吊理論、組合梁理論、壓縮拱理論等理論假說(shuō)，以及以錨桿為核心的主動(dòng)支護(hù)和以架棚為核心的被動(dòng)支護(hù)，而對(duì)于一些復(fù)雜條件下巷道支護(hù)常常采用主被動(dòng)聯(lián)合支護(hù)方式[3-5]。

1 工程概況

5-1022巷為汾源煤業(yè)5-102工作面的回采巷道，主要用于通風(fēng)、行人、運(yùn)輸?shù)取?-102工作面開(kāi)采5號(hào)煤層，位于+1100 m水平，地面標(biāo)高+1582～+1664 m，煤層標(biāo)高+1179～+1267 m。該巷道井下位于一采區(qū)三條下山南翼，東部、南部、西部為未開(kāi)采實(shí)體煤，東部距小煤窯警戒線(xiàn)最近距離為118 m。5-1022巷設(shè)計(jì)長(zhǎng)度558 m，根據(jù)相鄰三條下山、5-1021巷及ZK2、ZK3鉆孔揭露地質(zhì)資料分析，該工作面煤層整體為單斜構(gòu)造，總體趨勢(shì)東高西低，煤層起伏變化較小，煤層傾角23°～27°，平均傾角25°，構(gòu)造情況簡(jiǎn)單。工作面煤層走向N9°W～N8°E，傾向SW-NW，煤層節(jié)理發(fā)育，5-1022巷掘進(jìn)范圍內(nèi)構(gòu)造情況簡(jiǎn)單，不會(huì)揭露較大構(gòu)造。工作面基本頂主要巖性為中粒砂巖、泥質(zhì)灰?guī)r、粉砂巖，平均厚度17.95 m，不顯層理，屬堅(jiān)硬巖層；直接頂主要巖性為泥質(zhì)灰?guī)r、泥巖，平均厚度4.09 m，不顯層理，含粉砂泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，質(zhì)軟；直接底主要巖性為泥巖，平均厚度2.1 m，半堅(jiān)硬；基本底主要巖性為中-細(xì)砂巖，平均厚度5.2 m，裂隙較發(fā)育。5-1022巷設(shè)計(jì)為梯形斷面，掘進(jìn)寬度上3.9 m/下5.0 m，掘進(jìn)高度3.4 m。

2 厚硬基本頂下錨網(wǎng)梁索棚聯(lián)合支護(hù)技術(shù)

2.1 厚硬基本頂下巷道支護(hù)思路和原則

（1）及時(shí)主動(dòng)支護(hù)原則

5-1022巷掘出后，其表層圍巖處于單向自由的受力狀態(tài)。未支護(hù)時(shí)，由于巷道直接頂為平均厚度4.09 m的泥質(zhì)灰?guī)r、泥巖，質(zhì)軟，直接頂巖層易出現(xiàn)碎脹變形，因此，對(duì)直接頂泥質(zhì)灰?guī)r、泥巖施加主動(dòng)支護(hù)，泥質(zhì)灰?guī)r、泥巖形成支護(hù)-圍巖主動(dòng)結(jié)構(gòu)，共同約束巷道變形。

（2）淺層圍巖被動(dòng)強(qiáng)化支護(hù)

5-1022巷直接頂易出現(xiàn)碎脹變形，通過(guò)工字鋼棚對(duì)巷道進(jìn)行強(qiáng)化支護(hù)，加強(qiáng)巷道圍巖的支護(hù)強(qiáng)度，避免巷道淺部巖層大面積碎脹變形。

（3）利充分用厚硬基本頂承載能力

5-1022巷基本頂為平均厚度17.95 m的中粒砂巖、泥質(zhì)灰?guī)r、粉砂巖，屬堅(jiān)硬巖層，具備較強(qiáng)的承載能力。因此，5-1022巷圍巖控制應(yīng)充分利用平均厚度17.95 m的中粒砂巖、泥質(zhì)灰?guī)r、粉砂巖巖層承載能力，顯著改善圍巖結(jié)構(gòu)環(huán)境。

2.2 錨網(wǎng)梁索棚聯(lián)合支護(hù)技術(shù)

（1）頂板主動(dòng)支護(hù)參數(shù)

頂板采用錨桿+錨索+錨梁+金屬網(wǎng)聯(lián)合支護(hù)，采用Φ22 mm×2200 mm高強(qiáng)錨桿，每排5根，間排距為800 mm，墊片選用150 mm×150 mm×8 mm拱形墊片，配1支ck2340型錨固劑和1支z2360型錨固劑，預(yù)緊扭矩不低于280 N·m；錨索選用Φ21.8 mm×8000 mm鋼絞線(xiàn)制作，每排施工2根，間距為1600 mm，排距為4000 mm，錨索托板采用300 mm×300 mm×14 mm拱形高強(qiáng)托盤(pán)，配2支ck2340型錨固劑和2支z2360型錨固劑，錨梁選用Φ12 mm×3400 mm、Φ12 mm×2600 mm鋼筋梁搭接使用，金屬網(wǎng)采用雙層網(wǎng)，網(wǎng)片選用900 mm×2000 mm鋼筋網(wǎng)片和1000 mm×10 000 mm的菱形網(wǎng)。

（2）幫部主動(dòng)支護(hù)參數(shù)

幫部采用錨桿+金屬網(wǎng)支護(hù)，采用規(guī)格為Φ22 mm×2200 mm高強(qiáng)錨桿，每排8根，間排距為800 mm，墊片選用150 mm×150 mm×8 mm拱形墊片，配1支ck2340型錨固劑和1支z2360型錨固劑，預(yù)緊扭矩不低于280 N·m，金屬網(wǎng)采用雙層網(wǎng)，網(wǎng)片選用900 mm×2000 mm鋼筋網(wǎng)片和1000 mm×10000 mm的菱形網(wǎng)。

（3）工字鋼棚加強(qiáng)支護(hù)

工字鋼棚采用11#工字鋼加工制作，棚間距為1000 mm，背板采用1200 mm×150 mm×80 mm水泥背板。

圖1 巷道支護(hù)斷面圖（mm）

3 圍巖控制效果

將開(kāi)發(fā)的厚硬基本頂下錨網(wǎng)梁索棚聯(lián)合支護(hù)技術(shù)應(yīng)用于5-1022巷，在巷道掘進(jìn)后，及時(shí)采用十字測(cè)試法監(jiān)測(cè)巷道變形，圖2給出了5-1022巷掘進(jìn)后0～120 d的巷道圍巖表面移近曲線(xiàn)圖。由圖可知，巷道掘進(jìn)后2個(gè)月內(nèi)，巷道變形速度較快，該階段內(nèi)巷道頂、底、左幫、右?guī)妥冃瘟糠謩e為105 mm、122 mm、89 mm、81 mm，平均變形速度分別為2.17 mm/d、1.87 mm/d、1.59 mm/d、1.44 mm/d。兩個(gè)月后，巷道變形速度有所減緩，巷道掘出2～3個(gè)月內(nèi)，巷道頂、底、左幫、右?guī)屠塾?jì)變形分別為126 mm、147 mm、106 mm、97 mm，平均變形速度均降低至1.21 mm/d左右。巷道掘出3個(gè)月后，圍巖變形已經(jīng)趨于穩(wěn)定，變形速度降低至0.2 mm/d以下，巷道穩(wěn)定后，巷道頂、底、左幫、右?guī)屠塾?jì)變形分別為129 mm、149 mm、107 mm、99 mm。綜上所述， 5-1022巷圍巖變形量均在可控范圍內(nèi)，現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研結(jié)果顯示，巷道未發(fā)生大的變形。

圖2 汾源煤業(yè)5-1022巷圍巖移近曲線(xiàn)

4 結(jié)語(yǔ)

巷道單一支護(hù)具有一定的局限性，以5-1022巷實(shí)際生產(chǎn)地質(zhì)條件為工程背景，提出了及時(shí)強(qiáng)主動(dòng)支護(hù)原則、淺層圍巖被動(dòng)強(qiáng)化支護(hù)、充分利用厚硬基本頂承載能力的厚硬基本頂下巷道支護(hù)思路和原則，開(kāi)發(fā)了厚硬基本頂下錨網(wǎng)梁索棚聯(lián)合支護(hù)技術(shù)。巷道圍巖變形情況顯示，頂、底、左幫、右?guī)屠塾?jì)變形分別為129 mm、149 mm、107 mm、99 mm，變形均可控，未發(fā)生大的變形，證明了厚硬基本頂下錨網(wǎng)梁索棚聯(lián)合支護(hù)技術(shù)及參數(shù)的合理性。