某煤礦Ⅲ1313綜放工作面巷道錨桿支護方案研究

高建紅

（山西煤銷集團臨汾礦業(yè)投資有限公司，山西 臨汾 041000）

1 工作面的概況

Ⅲ1313工作面北部為Ⅲ1312綜放工作面（正在布置），東部和南部為礦界保護煤柱，西部為Ⅲ1314工作面。工作面為三巷布置方式：Ⅲ13131巷供進風(fēng)、運煤、供水用；Ⅲ13133巷供進風(fēng)、供電、供液、供水、運料用；Ⅲ13132巷供回風(fēng)、排水用,工作面順槽、切眼均沿煤層底板掘進。

該區(qū)域煤層厚度平均4.8m左右，利用巷道鉆孔測出煤體強度10.05～21.20MPa。煤層偽頂為0.75m厚的炭質(zhì)泥巖，抗壓強度37.6MPa。直接頂為砂質(zhì)泥巖，厚度2.8 m，抗壓強度64.3MPa，鈣質(zhì)膠結(jié)，完整性好。之上為1.2 m厚泥頁巖，層理較發(fā)育，抗壓強度43.8MPa。再上為厚度為2m厚的砂質(zhì)泥巖，節(jié)理較為發(fā)育，實驗測得單軸抗壓強度55.9MPa。老頂為砂巖，堅硬，實驗測得單軸抗壓強度87.6MPa。直接底為泥巖，厚度0.53m，水平層理發(fā)育。直接底下是平均厚度10.9m的砂質(zhì)泥巖，具有水平層理。煤層頂?shù)装鍘r石物理力學(xué)試驗結(jié)果，如表1所示。

2 支護方案與參數(shù)設(shè)計

2.1 支護方案的理論依據(jù)

1）懸吊作用原理：錨桿把將要冒落的松軟弱巖層或危巖懸吊于上部堅固穩(wěn)定的巖體上，由錨桿來承擔(dān)危巖或松軟弱巖層的重量。

2）組合梁作用原理：在層狀巖體中開挖巷道，在一定范圍內(nèi)當(dāng)頂板不存在穩(wěn)定巖層時，錨桿的懸吊作用就不處于首要地位。如果頂板中存在很多分層，錨桿在頂板的作用，一方面是通過錨桿的錨固力增大各巖層間的摩擦力，阻止巖石沿層面滑動，防止巖層中出現(xiàn)離層現(xiàn)象；另一方面，錨入巖層中的錨桿桿體使巖層的抗剪剛度增強了，可以防止巖層間的水平錯動，從而將巷道頂板錨桿長度范圍內(nèi)的幾個薄巖層錨成為一個較厚的巖石組合梁。

3）擠壓加固作用原理：在巷道圍巖的拱形破裂區(qū)中安裝預(yù)應(yīng)力錨桿時，破裂巖石在預(yù)應(yīng)力作用下在桿體兩端將形成帶圓錐形的壓縮應(yīng)力區(qū)，在系統(tǒng)排列的錨桿群中，各個錨桿形成的壓縮應(yīng)力區(qū)將相互交錯，就能在巖體中形成一個相當(dāng)寬厚的壓縮加固帶，即承壓拱（組合拱或壓縮拱），它使巷道圍巖由荷載變成了承載結(jié)構(gòu)。

表1 煤層頂?shù)装鍘r石物理力學(xué)性質(zhì)試驗結(jié)果

2.2 支護方案的確定

Ⅲ1313綜放工作面距Ⅲ1309綜放工作面約700 m，其圍巖結(jié)構(gòu)、地應(yīng)力方面均趨于一致，故Ⅲ1309綜放工作面采掘過程中積累的錨桿支護經(jīng)驗及數(shù)據(jù)在Ⅲ1313綜放工作面各順槽中均可借鑒。采用工程類比法對本工作面作出如下支護方案。如表2所示。

表2 巷道斷面技術(shù)特征表

1）Ⅲ13131巷、Ⅲ13133巷、一部皮帶檢修橫川、通風(fēng)橫川（1—1斷面）：巷道采用高強度錨桿、鋼筋托梁、金屬網(wǎng)、塑料網(wǎng)、錨索聯(lián)合支護系統(tǒng)。

a.頂板支護：由6根直徑20 mm、長2 400 mm左旋無縱肋螺紋錨桿，配合SB-16-80-4700-6型鋼筋托梁、35mm×35mm、5.4mm×1.1m金屬網(wǎng)支護，錨桿間排距900 mm×10 000 m，錨桿錨固力不低于100 kN，樹脂加長錨固，采用兩支錨固劑，(一支K2335，一支Z2360)。鉆孔直徑28mm，錨固長度1 310 mm。靠近巷幫的頂板錨桿,安設(shè)時角度與垂線成10°，其余垂直于頂板。沿中線矩形布置規(guī)格SKP18×1/1860·8300錨索，排距2 000 mm，間距1700mm，錨索設(shè)計預(yù)緊力不低于110kN。

b.巷幫支護：采用6根直徑20 mm、長2 400 mm左旋無縱肋螺紋錨桿，配合SB-16-80-2400-3型鋼筋托梁支護，錨桿間排距1 100 mm×1 000 mm，采用規(guī)格為40mm×40 mm、1.1 m×2.8 m塑料網(wǎng)護兩幫；靠近頂?shù)装宓膸湾^桿，安設(shè)時角度與水平線成10°。錨固劑規(guī)格為Z2360。鉆孔直徑28mm，錨固長度830mm。錨桿錨固力不低于70kN；預(yù)緊力矩不低于100N·m。

2）Ⅲ13132巷（2—2斷面）：采用高強度錨桿、W型鋼帶、金屬網(wǎng)、塑料網(wǎng)、錨索聯(lián)合支護系統(tǒng)。

a.頂板支護：由2根直徑20 mm、長2 400 mm的22號左旋無縱肋螺紋錨桿、三根規(guī)格為SKP22×1/1860·8300錨索，配合35 mm×35 mm、5.4 m×1.1 m金屬網(wǎng)，BHW-280-3-4700-5型W鋼帶支護，錨桿間排距4 400 mm×1 000 mm，錨桿錨固力不低于150 kN，預(yù)緊力矩不低于500N·m。樹脂加長錨固，采用兩支錨固劑，（一支K2335，一支Z2360）。鉆孔直徑28 mm，錨固長度1 310 mm?？拷飵偷捻敯邋^桿,安設(shè)時角度與垂線成10°，其余垂直于頂板。錨索規(guī)格為SKP22×1/1860·8300，排距1 000 mm，間距1 100 mm，錨索設(shè)計預(yù)緊力不低于300kN。

b.巷幫支護：采用3根直徑20 mm、長2 400 mm桿體均為22號左旋無縱肋螺紋錨桿、1根 SKP18×1/1860·5300錨索配合BHW-280-3-2700-4型W鋼帶支護，采用40mm×40mm、1.1m×3.0m塑料網(wǎng)護兩幫。錨桿間排距800 mm×1000 mm，采用規(guī)格為40 mm×40 mm錨索每排1根，排距1000 mm，1.1×2.8 m塑料網(wǎng)護兩幫；頂?shù)装甯浇膸湾^桿，安設(shè)時角度與水平成10°。鉆孔直徑28mm，錨固長度1310mm。錨桿錨固力不小于70 kN，預(yù)緊力矩不小于100 N·m，錨索預(yù)緊力不小于110kN。采用規(guī)格為150mm×150 mm×10 mm拱形高強度托板，施工在W鋼帶上的錨索采用雙層特殊托盤，緊貼W鋼帶使用200 mm×125 mm×16 mm托盤，另一塊托盤型號為250 mm×250 mm×16 mm，兩塊托盤疊加使用。

3）切眼主斷面、切眼加寬斷面（3—3、4—4斷面）：巷道采用高強度錨桿、W鋼帶、金屬網(wǎng)、塑料網(wǎng)、錨索聯(lián)合支護。

a.頂板支護：錨桿形式和規(guī)格、角錨桿角度、錨固方式、錨桿錨固力、預(yù)緊力矩、鉆孔、錨索設(shè)計預(yù)緊力均同Ⅲ13132巷。W鋼帶規(guī)格：3-3斷面頂板采用BHW-280-3-3900-4型，4-4斷面頂板采用BHW-280-3-3900-5型和BHW-280-3-4800-6型。網(wǎng)片規(guī)格：3—3、4—4斷面頂板均用規(guī)格為35 mm×35 mm、1.1m×4.5m金屬網(wǎng)護頂。錨桿布置：3-3、4-4斷面排距均為1 000 mm，3—3斷面間距為900/600 mm，錨桿數(shù)量10根/排；4—4斷面間距為900/600mm，錨桿數(shù)量11根/排。錨索：3-3斷面一排3/4根依次排列，間距1 600 mm，排距 1 000 mm，錨索 SKP22×1/1860·8300；4—4斷面3/4依次排列，間距1 600 mm，排距1 000 mm，錨索 SKP22×1/1860·8300。

b.巷幫支護：南幫錨桿采用桿體為22號左旋無縱肋螺紋鋼筋，長度2400mm，桿尾螺紋M22，錨桿規(guī)格為MSGLW—50022/2400。樹脂加長錨固，采用兩支錨固劑，（一支K2335，另一支Z2360）。鉆孔直徑 28mm，錨固長度1310mm。南幫錨桿預(yù)緊力距、鉆孔、錨桿托板均同Ⅲ13131巷、Ⅲ13133巷、一部皮帶檢修橫川、通風(fēng)橫川主斷面，鋼筋托梁的規(guī)格同一部皮帶檢修橫川、通風(fēng)橫川主斷面；網(wǎng)片規(guī)格為40 mm×40 mm HB PP 30—30 MS 1.1 m×3.0 m的塑料護幫網(wǎng)護頂；錨桿布置為排距1000mm，間距800mm，每排4根。

北幫錨桿采用MGSC—20/24F玻纖樹脂錨桿，錨固力不小于80 kN，采用樹脂加長錨固，一支規(guī)格為Z2360的錨固劑，鉆孔直徑28 mm，錨固長度690 mm。北幫網(wǎng)規(guī)格為40×40mm，1.1×3.0m的塑料護幫網(wǎng)護幫。錨桿布置為排距1 000 mm，間距800 mm，每排4根。柱帽規(guī)格為200 mm×300 mm×50 mm。錨桿托盤規(guī)格為采用拱形高強度托板，托板規(guī)格為150 mm×150 mm×10 mm；SKP22×1/1860·8300錨索使用300mm×300mm×16mm平托盤。

3 施工工藝

3.1 臨時支護施工工藝

臨時支護方式：前探梁托網(wǎng)、鋼筋托梁臨時支護。前探梁規(guī)格：4 m長2吋圓鋼，2根。前探梁鉤環(huán)：4個（每根前探梁2個）。

臨時支護工藝流程：退機→降下截割臂→閉鎖掘進機→敲幫問頂找掉活矸活炭→翻轉(zhuǎn)托梁器→抬鋼筋托梁、網(wǎng)到工作面→將鋼筋托梁、網(wǎng)放到托梁器上（人員站到永久支護下）→升起截割臂→開動掘進機將鋼筋托梁、網(wǎng)移至合適位置→前移前探梁挑住網(wǎng)、鋼筋托梁→升緊截割臂并閉鎖掘進機→臨時支護空頂→及時進行永久支護。

3.2 永久支護施工工藝

頂錨桿施工工藝流程為：掘進出煤→臨時支護（上頂板網(wǎng)并用鋼筋托梁托住）→敲幫問頂找掉活矸活炭→頂板中部用錨桿鉆機鉆孔→清孔→樹脂藥卷放入鉆孔內(nèi)→用錨桿頂住樹脂藥卷將其緩慢送入孔底→升起錨桿鉆機后用攪拌器聯(lián)接鉆機和錨桿尾部→鉆機轉(zhuǎn)動攪拌樹脂藥卷到規(guī)定時間（15～30 s）→停止攪拌后等待規(guī)定時間（1 min）→錨桿鉆機和錨桿尾部用安裝器聯(lián)接→開動鉆機擰螺母→人工旋轉(zhuǎn)鉆機擰緊螺母→施工其它頂板錨桿。

兩幫錨桿施工工藝：敲幫問頂找掉活矸活炭→用手持式煤幫鉆鉆幫錨桿孔→清孔→往鉆孔內(nèi)放入樹脂藥卷→用錨桿頭部頂住樹脂藥卷并送入孔底→接金屬網(wǎng)→上鋼筋托梁→用攪拌器聯(lián)結(jié)手持式煤幫鉆和錨桿尾部→轉(zhuǎn)動手持式煤幫鉆攪拌樹脂藥卷至規(guī)定時間（15～30 s）→停止攪拌并等待規(guī)定時間（1 min）→用扳手擰緊螺母→施工其它兩幫錨桿。

錨索施工工藝：敲幫問頂找掉活矸活炭→定錨索孔位→用鉆機鉆錨索鉆孔→清理鉆孔→向鉆孔內(nèi)送入樹脂藥卷→用錨索頭部頂住藥卷將其送入孔底→升起鉆機后用攪拌器聯(lián)接鉆機和錨索尾部→轉(zhuǎn)動錨索鉆機攪拌樹脂藥卷到規(guī)定時間（15～30 s）→停止攪拌后等待規(guī)定時間（1 min）→收縮錨桿機卸下攪拌器→等待15 min→套上托板安裝錨具→用張拉設(shè)備張拉錨索直到預(yù)緊力為110 kN。

4 結(jié)束語

針對1313綜放工作面巷道的實際工程情況，利用理論分析和工程類比，制訂出的錨桿支護方案及施工工藝，在實際生產(chǎn)中取得了良好的效果。

[1]何滿潮.中國煤礦錨桿支護理論互實踐[M].北京：科學(xué)出版社，2004.

[2]張偉.隆華煤業(yè)1501工作面順槽支護方法的研究[J].太原理工大學(xué)學(xué)報，2009，40（6）：617-620.

[3]崔劍波.新型錨、索、網(wǎng)支護在長平礦井應(yīng)用[J].煤礦現(xiàn)代化，2008.