王亞非

（汾西礦業(yè)集團(tuán)賀西煤礦，山西 柳林 033300）

引言

煤礦建設(shè)、生產(chǎn)朝著集約化的方向轉(zhuǎn)變，煤礦井下機(jī)械化程度的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)非常高，同時(shí)回采巷道斷面體積增加，要求選取適合的支護(hù)方法處理，這就需要考慮到錨網(wǎng)索聯(lián)合支護(hù)的特征，實(shí)行大斷面煤巷錨網(wǎng)索聯(lián)合支護(hù)作業(yè)，從而提高大斷面煤巷錨網(wǎng)聯(lián)合支護(hù)的效果、安全[1]。

1 工程基本情況研究

以某礦3205 回風(fēng)順槽二采區(qū)3205 回風(fēng)順槽為例，二采區(qū)3205 工作面回風(fēng)巷順著3#煤層底板掘進(jìn)，以20°方位角于回風(fēng)巷北進(jìn)行設(shè)置，布設(shè)工程量在2 030 m 左右、標(biāo)高約為+600 m，中位埋藏深度在600 m 左右。這一區(qū)域平均煤厚在5.98 m 左右、主要為亮煤，煤層內(nèi)生節(jié)理裂隙，局部煤質(zhì)松軟、易破損，同時(shí)存在量層夾矸、煤層的狀態(tài)比較穩(wěn)定，全區(qū)均能夠開采、煤層傾角為10°，偽頂為黑色、質(zhì)地較軟，而且為炭質(zhì)泥巖、厚度在0.25 m 左右，直接頂選擇的為砂質(zhì)泥巖、呈灰黑色，夾薄層泥巖厚度在3.5 m 左右。水文地質(zhì)條件不會(huì)非常復(fù)雜，涌水的主要來(lái)源3#煤層上覆砂巖、粉砂巖，這一含水層基本為靜水，在掘進(jìn)的過(guò)程裂隙水經(jīng)錨桿、錨索孔，以及煤巖裂隙進(jìn)到巷道，掘進(jìn)過(guò)程中大巷用水量在1.5 m3/h。

2 錨網(wǎng)索聯(lián)合支護(hù)的主要特征分析

錨網(wǎng)索聯(lián)合支護(hù)作為主動(dòng)支護(hù)，存在多方面的優(yōu)勢(shì)，比如：快速、安全系數(shù)高、經(jīng)濟(jì)等，利于嚴(yán)格控制支護(hù)的成本，加快掘進(jìn)的速度并提升整體支護(hù)質(zhì)量。與此同時(shí)，錨桿支護(hù)存在懸吊、加固煤巖體，可以在錨固區(qū)內(nèi)逐漸形成拱、梁、殼等，在改善錨固區(qū)圍巖力學(xué)性能、應(yīng)力狀態(tài)方面的效果理想，而且能很好的控制錨固區(qū)圍巖離層、破裂，以及滑動(dòng)和裂隙擴(kuò)展等情況，此時(shí)圍巖受壓狀態(tài)調(diào)整為三向，能發(fā)揮主動(dòng)加固圍巖體的效果[2]。聯(lián)合托盤、金屬網(wǎng)、W 鋼帶等，便于實(shí)現(xiàn)錨桿預(yù)應(yīng)力擴(kuò)散的效果、整體支護(hù)效果。錨索、錨桿在抗拉能力、抗剪能力方面比較差異性存在，兩者均可發(fā)揮懸吊、擠壓加固等功能，促使頂板經(jīng)錨桿支護(hù)逐漸形成組合梁，這時(shí)在上部直接頂/老頂內(nèi)懸吊的效果理想。除此之外，大斷面巷道錨索補(bǔ)強(qiáng)配合錨桿，能夠?qū)鷰r應(yīng)力于圍巖深部進(jìn)行轉(zhuǎn)移，錨索支護(hù)可于巷道頂板提供預(yù)緊力、承載力，錨桿減跨和控制頂板下沉的同時(shí)，有助于有效防范圍巖發(fā)生變形的現(xiàn)象，充分發(fā)揮出主動(dòng)支護(hù)的作用，借助托盤及金屬網(wǎng)實(shí)現(xiàn)預(yù)緊力擴(kuò)散的效果，進(jìn)而確保整體巷道支護(hù)水平。錨網(wǎng)索聯(lián)合支護(hù)，如圖1 所示。

圖1 錨網(wǎng)索聯(lián)合支護(hù)

3 大斷面煤巷錨網(wǎng)索聯(lián)合支護(hù)狀況

3.1 臨時(shí)支護(hù)情況

3205 回風(fēng)順槽設(shè)計(jì)斷面屬于矩形，寬度4 m、高度3.5 m、掘進(jìn)斷面15 m2。選擇2 根長(zhǎng)度為3.5 m，8#槽鋼實(shí)行前探梁，應(yīng)用永久支護(hù)錨桿懸吊在頂板位置，前探梁、錨桿間會(huì)通過(guò)專用吊環(huán)實(shí)行連接處理，前后前探梁吊環(huán)排距在1.5 m 左右，使用的為大木茬，實(shí)際吊環(huán)內(nèi)將前探梁背緊及背實(shí)處理。前探梁迎頭使用的為長(zhǎng)度、寬度、厚度分別為：3 500 mm、280 mm、45 mm，數(shù)量為2 塊～3 塊、為木板護(hù)迎頭幫。

3.2 永久支護(hù)情況

3205 回風(fēng)順槽使用的為錨網(wǎng)索聯(lián)合支護(hù)，錨桿使用的為BHRB500、22#左旋沒(méi)有縱筋螺紋鋼筋桿體，頂錨桿每排的根數(shù)為5 根，長(zhǎng)度、間距及排距分別為：2 200 mm、900 mm、950 mm。幫錨桿排距、煤幫每排錨桿數(shù)量，以及間距、巷幫上部錨桿-頂?shù)木嚯x、巷幫下部錨桿-底的距離分別為：950 mm、4 根、850 mm、280 mm、350 mm。錨桿和頂板、巷幫保持垂直的狀態(tài)，預(yù)緊力距為380 N/m。錨桿托板使用高強(qiáng)度拱形托板，托盤的長(zhǎng)度、寬度、厚度分別為：120 mm、120 mm、10 mm，并且應(yīng)用了高強(qiáng)度球型墊圈、塑料減摩墊片。頂幫錨桿使用的為樹脂加長(zhǎng)錨固，鉆孔直徑在Φ25 mm 左右，頂錨桿錨固劑使用的為MSK2335 一支、MSZ2360 一支，幫錨桿錨固劑使用的為MSZ2340 數(shù)量為兩支。

相關(guān)參數(shù)情況分析：（1）W 形鋼帶頂鋼帶的長(zhǎng)度、寬度、厚度各4 000 mm、260 mm、5 mm，幫鋼帶四周壓棱尺寸份額比為280 mm*450 mm*5 mm。（2）錨索1*18 股低松弛高預(yù)應(yīng)力鋼絞線的直徑在Φ20 mm左右，使用的為MSK2335、MSZ2360，數(shù)量分別為一支和兩支、錨固效果較佳。頂錨索的長(zhǎng)度、排距、間距分別設(shè)置為：6 200 mm、950 mm、1450 mm，錨索托盤使用的為高強(qiáng)度拱形能夠調(diào)節(jié)的金屬托板、配套鎖具，尺寸為280 mm*I280 mm*15 mm，托板承載能力在650 kN 以上。（3）金屬網(wǎng)頂網(wǎng)片、幫網(wǎng)片、網(wǎng)孔的規(guī)格分別為：4800mm×1000mm、3200mm×10000 mm、45 mm*45 mm，材料使用的為10#鉛絲，搭接的長(zhǎng)度在120 mm 左右。

3.3 復(fù)雜區(qū)域巷道支護(hù)情況

頂幫圍巖破碎層理和裂隙發(fā)育區(qū)域，錨網(wǎng)支護(hù)條件下使用的為打超前錨桿錨索、補(bǔ)打錨桿錨索，以及減小錨桿錨索間排距等不同的形式，使得支護(hù)的強(qiáng)度得以提升，以此有效控制頂幫圍巖。以巷道超出450 mm 打一根錨桿，超出900 mm 補(bǔ)打一根錨索的方式處理[3-4]。巷高在4.2 mm 左右，可在距離巷幫頂部錨桿850 mm 左右位置補(bǔ)打一根單體錨桿，巷道超高5 m 建議在巷幫超高部位補(bǔ)打2 根單體錨桿、每排打2 根～3 根錨索就可以。

軟弱破碎圍巖情況下巷道圍巖變形量非常大，巷道開挖后使用錨索支護(hù)錨索延伸量不會(huì)很大，超出極限所致破斷則無(wú)法保證支護(hù)的效果。針對(duì)于此，建議在巷道開挖初期安裝錨桿，經(jīng)錨桿加固提高錨巖支護(hù)承載方面能力，這時(shí)錨巖支護(hù)體承載方面能力、穩(wěn)定性會(huì)受到一定影響。錨巖支護(hù)穩(wěn)定性達(dá)到極限前，且圍巖變形在錨索工程延伸量以下的時(shí)候，需要在第一時(shí)間安裝錨索，旨在實(shí)現(xiàn)錨巖支護(hù)體、圍巖加固的效果。巷道開挖支護(hù)初期，主要通過(guò)錨桿柔性支護(hù)為核心，后期通過(guò)錨索懸吊為基礎(chǔ)，旨在有效提高錨索支護(hù)的性能。在錨網(wǎng)索聯(lián)合支護(hù)時(shí)，需要考慮到錨固體特征、錨索力學(xué)特征，以便確保支護(hù)設(shè)計(jì)的科學(xué)性、合理性，要求結(jié)合巷道圍巖相關(guān)情況，通過(guò)錨桿支護(hù)、相關(guān)參數(shù)采用最適合的錨索支護(hù)方式。

4 大斷面煤巷礦壓觀測(cè)關(guān)鍵點(diǎn)探討

4.1 觀測(cè)點(diǎn)布置要點(diǎn)

巷道施工后實(shí)行錨網(wǎng)索聯(lián)合支護(hù)監(jiān)督、控制，通過(guò)對(duì)獲取相關(guān)礦壓觀測(cè)數(shù)據(jù)分析了解到，便于在第一時(shí)間反饋相關(guān)重要信息，為支護(hù)設(shè)計(jì)提供良好的支持。通過(guò)合理布設(shè)測(cè)點(diǎn)、隨機(jī)布置測(cè)點(diǎn)聯(lián)合的形式，進(jìn)行巷道監(jiān)測(cè)、巷道間隔35 m 左右距離布設(shè)一個(gè)巷道位移測(cè)點(diǎn)，同時(shí)在頂板中心位置安裝頂板指示儀，在不良巷道圍巖、遇構(gòu)造帶，以及高帽帶等位置均應(yīng)該設(shè)置觀測(cè)點(diǎn)[5]。

4.2 重要觀測(cè)結(jié)果研究

4.2.1 巷道位移量的觀測(cè)結(jié)果情況

通過(guò)十字交叉法，對(duì)巷道位移量實(shí)行測(cè)定，然后聯(lián)系觀測(cè)結(jié)果使用關(guān)鍵數(shù)據(jù)加以深入分析。

4.2.2 頂板離層儀的觀測(cè)結(jié)果情況

巷道掘進(jìn)的過(guò)程頂板離層量較小，主要在20 mm錨固區(qū)內(nèi)離層在錨固區(qū)外離層數(shù)值以上，表示頂板離層于錨固區(qū)的范圍，錨桿錨固區(qū)外、錨索錨固區(qū)內(nèi)頂煤產(chǎn)生部分離層，這時(shí)錨索錨固范圍以外的離層不會(huì)很大，頂板穩(wěn)定性較高，且錨網(wǎng)索聯(lián)合支護(hù)對(duì)巷道頂板離層會(huì)加以嚴(yán)格控制[6]。經(jīng)觀測(cè)了解到測(cè)點(diǎn)2兩幫位移量、頂?shù)装逡平?、斷面分別為：180 mm、150 mm、16.5 m2；測(cè)點(diǎn)6 兩幫位移量、頂?shù)装逦灰屏俊嗝娣謩e為：150 mm、120 mm、16 m2。離層儀3 號(hào)錨固區(qū)內(nèi)、錨固區(qū)外、總離層值分別為：12 mm、0 mm、12 mm；離層儀6 號(hào)錨固區(qū)內(nèi)、錨固區(qū)外、總離層值分別為：10 mm、8 mm、15 mm；離層儀8#錨固區(qū)內(nèi)、錨固區(qū)外、總離層值分別為：2 mm、0 mm、3 mm；離層儀10 號(hào)錨固區(qū)內(nèi)、錨固區(qū)外、總離層值分別為：12 mm、10 mm、25 mm；離層儀17#錨固區(qū)內(nèi)、錨固區(qū)外、總離層值分別為：15 mm、10 mm、20 mm；離層儀25#錨固區(qū)內(nèi)、錨固區(qū)外、總離層值分別為：15 mm、8 mm、20 mm；離層儀33# 錨固區(qū)內(nèi)、錨固區(qū)外、總離層值分別為：20 mm、8 mm、22 mm。觀察時(shí)間為3 周左右，巷道掘進(jìn)頂?shù)装濉蓭鸵平?、移近速度均非常大，而且頂?shù)装?移近量、移近速度，和兩幫移近量、移近速度比較更高。在此之后，巷道頂?shù)装?、兩幫移近量下降，觀測(cè)7 周巷道變形量不會(huì)非常大、逐漸保持穩(wěn)定的狀態(tài)。經(jīng)巷道礦壓監(jiān)測(cè)結(jié)果可見，頂?shù)装宓淖冃瘟糠浅４?，這時(shí)頂板下沉多在2 m 厚度頂煤中出現(xiàn)，頂?shù)装逡平吭?20 mm 左右、兩幫移近量在180 mm 左右，要求嚴(yán)格控制巷道位移量，目的為達(dá)到回采的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，在3205 回風(fēng)順槽支護(hù)中進(jìn)行錨網(wǎng)索聯(lián)合支護(hù)[7]。

5 結(jié)語(yǔ)

大斷面、厚煤層回采巷道支護(hù)中進(jìn)行錨網(wǎng)索聯(lián)合支護(hù)作業(yè)，有助于嚴(yán)格控制巷道頂煤下沉、兩幫收縮量相關(guān)情況，實(shí)現(xiàn)臨時(shí)支護(hù)、永久支護(hù)、復(fù)雜區(qū)域巷道支護(hù)等效果。如此一來(lái)，利于滿足巷道斷面回采的實(shí)際要求，進(jìn)行主動(dòng)支護(hù)、安全生產(chǎn)，這個(gè)過(guò)程需實(shí)行觀測(cè)點(diǎn)布置、觀測(cè)結(jié)果分析，目的為充分發(fā)揮出錨網(wǎng)索聯(lián)合支護(hù)技術(shù)的最大作用，獲得最理想的支護(hù)效果。