對深井工作面厚層頂板兩巷支護技術(shù)的研究

王占富

（龍煤集團七臺河分公司新建煤礦，黑龍江 七臺河 154605）

前言

新建煤礦1311（1）工作面是東部第二采區(qū)首采面，位于DF162-1斷層以南，F(xiàn)117斷層以北，F(xiàn)83斷層以西，西到設(shè)計的采區(qū)大巷，周圍及上下煤層均未開采。該面煤層穩(wěn)定，煤層局部變薄，煤層結(jié)構(gòu)簡單，局部下部一般含一層泥巖夾矸，厚0.4～0.8m；受地質(zhì)構(gòu)造及沉積環(huán)境影響，煤厚沉積缺失0～2.8m，平均煤厚2.2m。東段發(fā)育三處變薄帶，煤厚沉積缺失0～2.4m，向西煤層穩(wěn)定，煤厚1.2～2.8m。沿順槽方向，煤層底板起伏不大，自西向東煤層底板逐漸上升，切眼傾角較大，局部8°～10°，煤層產(chǎn)狀傾向 90°～205°，傾角 0°～10°，平均2°。工作面11-2直接頂為砂質(zhì)泥巖，局部為細砂巖，泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，垂向裂隙發(fā)育，滑面發(fā)育，較致密，富含植物化石碎片，11-2煤和11-3煤間距3.52～8.52m，平均5.96m；直接底以泥巖及11-1煤為主，灰色，其次為砂質(zhì)泥巖，頂?shù)装逑嘧兙^大。

1 巷道頂板維護特點

該煤層局部變薄，局部下部一般含一層泥巖夾矸，煤層賦存整體壓力較大，幫部煤層自身強度較低，控制難度加大；巷道埋深大，新建煤礦屬于典型的深部礦井，東部巷道圍巖比較脆，地質(zhì)條件復(fù)雜，支護問題日益突出，成為制約安全生產(chǎn)的一大難點；巷道走向距離較長，要求服務(wù)和維護時間較長，對支護強度及維護的長時穩(wěn)定性有較高的要求；松軟復(fù)合底板在近乎無約束狀態(tài)將發(fā)生強烈破壞，但目前尚無簡潔有效的底板控制技術(shù)，只能通過加強兩幫及底角支護來減緩底鼓，不能從根本上有效控制底板巖層離層鼓起失穩(wěn)。

2 深部巷道錨桿及工字鋼支護機理認識

高強度錨桿索支護在淺部礦井巷道支護中效果好，但在深部礦井高地壓巷道出現(xiàn)一系列問題：錨桿預(yù)應(yīng)力過低，強度不足，抗沖擊性能差，造成錨桿拉斷或整體失效；錨索直徑小、強度低、延伸率低，與鉆孔匹配性差，出現(xiàn)錨索拉斷或整體滑動；鋼帶強度和剛度小，容易撕裂和拉斷，護頂效果差；錨桿、錨索強度和剛度偏低，單位面積錨桿數(shù)量多，間排距小，支護密度大，嚴重影響巷道掘進速度，造成采掘接替緊張。這些現(xiàn)象嚴重影響錨桿支護效果和安全程度。深部巷道支護問題，已經(jīng)成為制約深部煤炭資源安全、高效開采的關(guān)鍵技術(shù)瓶頸，急需得到有效解決。

錨桿、錨索及工字鋼對棚支護是錨桿、錨索、工字鋼對棚聯(lián)合支護，共同支撐煤巷頂板的一種混合支護技術(shù)，它的作用原理就是利用錨、網(wǎng)、索、工字鋼支護強化和提高巷道頂板一定范圍巖層的抗剪壓能力，形成強化承壓拱，抵抗巷道圍巖變形，達到支撐維護巷道的目的。其具體作用就是通過對頂錨桿在一定預(yù)緊力作用下進行端錨，使端錨范圍內(nèi)的復(fù)合巖層在錨桿的彈性壓縮下形成組合梁，同時利用工字鋼對棚對組合梁進一步增強支護強度。

3 深部巷道應(yīng)用錨桿支護的核心技術(shù)及支護參數(shù)

錨桿支護對圍巖強度、圍巖結(jié)構(gòu)及應(yīng)力都有不同程度的影響，經(jīng)理論分析、數(shù)值模擬與井下試驗得出，由于深部巷道圍巖變形主要表現(xiàn)為圍巖受水平力剪切作用所產(chǎn)生的形狀（結(jié)構(gòu)）變形和受軸向力作用所產(chǎn)生的體積膨脹所產(chǎn)生的擴容變形，且以擴容變形為主。因此提高錨桿支護系統(tǒng)的高度至關(guān)重要。提高支護剛度的途徑主要有兩方面，特別是錨桿預(yù)應(yīng)力在支護系統(tǒng)中起關(guān)鍵作用：

錨桿施加較大預(yù)應(yīng)力，并通過托板、鋼帶等構(gòu)件實現(xiàn)預(yù)應(yīng)力擴散；采用加長錨固或全長錨固，使桿體對圍巖離層、錯動非常敏感，能及時抑制離層與錯動。

巷道錨桿支護技術(shù)的精髓就是高預(yù)緊力，從一開始就對圍巖進行強有力的作用，消除圍巖的初期松動和變形，調(diào)動圍巖整體承載能力，而不是等待圍巖產(chǎn)生松動變形后再去懸吊松垮的圍巖。在錨桿支護初期就給錨桿施加一個較大的預(yù)拉力，從而對圍巖產(chǎn)生反作用性能的高預(yù)緊力，不僅可以消除巖層內(nèi)原始的裂縫空隙，也可以使各個巖層之間鎖緊為一個整體，提高錨固范圍內(nèi)巖層的內(nèi)摩擦角和內(nèi)聚力，巖層的整體承載性能得到提高。圍巖的擴容變形與錨桿的初始支護強度之間呈負相關(guān)性關(guān)系，錨桿的初始支護強度越小，圍巖的松散變形越大；錨桿的初始支護強度越大，圍巖的松散變形越小。而且變形量隨初始支護強度的增大表現(xiàn)出不同速率的下降趨勢。

1311 （1）工作面兩巷支護參數(shù)如下：

3.1 運順巷道頂板采用7根IV級左旋錨桿專用螺紋鋼超高強預(yù)拉力錨桿加4.8m長T1型(或M5型)鋼帶、8#菱形鐵絲網(wǎng)聯(lián)合支護。軌順巷道頂板采用9根IV級左旋錨桿專用螺紋鋼超高強預(yù)拉力錨桿加4.8m長T1型(或M5型)鋼帶、8#菱形鐵絲網(wǎng)聯(lián)合支護。錨桿規(guī)格為Ф22-M24-2800mm，每根錨桿配套Ф32鉆孔、兩節(jié)Z2350型中速樹脂藥卷加長錨固；錨桿間距750mm，排距800mm。錨桿預(yù)緊力不低于60～80KN，錨固力不低于120 KN。8#菱形鐵絲網(wǎng)兩網(wǎng)搭接不得小于100mm，用14#鐵絲擰緊，連接位置相距不得大于150mm。

3.2 巷道兩幫：采用5根左旋錨桿專用螺紋鋼高強預(yù)拉力錨桿加2.8m長M4型鋼帶、8#菱形鐵絲網(wǎng)聯(lián)合支護，錨桿規(guī)格為Ф20-M22-2500mm。每根錨桿采用一節(jié)Z2380型中速樹脂藥卷加長錨固；幫部錨桿間距為650mm，排距為800mm。錨桿預(yù)緊力不低于60～80kN，錨固力不低于80KN。8#菱形鐵絲網(wǎng)兩網(wǎng)搭接不得小于100mm，用14#鐵絲擰緊，連接位置相距不得大于150mm；運輸順槽：為進一步加強對頂板的控制，在頂部采用“2-2“布置方式布置錨索加固頂板。錨索規(guī)格：Φ17.8×6.3m，錨索間距 1600mm，每孔 3卷Z2380樹脂藥卷；在頂部采用“2-2“布置方式布置點錨索加固頂板。錨索規(guī)格：Φ17.8×6.3m，間排距2400×2000mm，每孔 3卷 Z2380樹脂藥卷。

3.3 軌道順槽：為進一步加強對頂板的控制，①在頂部每排錨桿之間布置一套高預(yù)應(yīng)力錨索梁，其眼孔位置布置在距離巷道中線900mm處，孔深6.0m，錨索與頂板垂直，鋼絞線規(guī)格為Φ22×6.3m，2.4m長14#輕型槽鋼上兩眼間距1.8m。每孔采用四節(jié)Z2350中速樹脂藥卷加長錨固，以保證錨固效果；排距800mm，預(yù)緊力80～100kN，錨固力不低于200kN，錨索梁緊跟迎頭施工。②在巷道頂板靠近兩幫位置各布置一套走向高預(yù)應(yīng)力錨索梁，距回采煤體幫部0.8m處布置錨索鉆孔。

4 支護效果及礦壓結(jié)果分析

1311 （1）工作面運順掘進之初，設(shè)計比鄰DF162-1大斷層掘進，由于地質(zhì)勘探結(jié)果不夠詳細導(dǎo)致所留保護煤柱較小，工作面開采至附近時，頂板下沉近1.5m，再加上底板為泥巖比較松軟，巷道底鼓，致使轉(zhuǎn)載機及破碎機被壓，挪移不出，工作面不能正常推進。使用工字鋼對棚支護后，對巷道受力情況進行了觀測，頂?shù)装遄畲笠平繛?80mm，兩幫最大移近量為200mm，頂板最大離層量為57mm。根據(jù)觀測結(jié)果分析認為：采用錨桿索加工字鋼對棚支護有效抑制了厚層頂板的離層下沉，巷道維護狀況良好，滿足了現(xiàn)場的應(yīng)用，取得了良好的技術(shù)安全和社會經(jīng)濟效果。

[1]陳慶緣.煤礦液壓支架設(shè)計和使用[M].赤峰：內(nèi)蒙古科學(xué)技術(shù)出版社，1999.

[2]邢?？?煤炭支護手冊[M].北京：煤炭工業(yè)出版社，l993.

[3]徐永圻.中國采煤方法[M].徐州：中國礦業(yè)大學(xué)出版社，1991.