掘進(jìn)巷道頂板全排錨索支護(hù)工藝的研究與應(yīng)用

徐月

摘 要：榆林陶家溝2號(hào)井巷道掘進(jìn)過(guò)程中出現(xiàn)較為嚴(yán)重的片幫、炸頂現(xiàn)象，地應(yīng)力釋放放十分嚴(yán)重，在常規(guī)的錨網(wǎng)支護(hù)情況下，巷道頂板出現(xiàn)大幅度下沉，因此為保證安全，采用了全排錨索支護(hù)工藝維護(hù)頂板。

關(guān)鍵詞：巷道頂板；全排錨索支護(hù)

一、工藝研究背景和意義

榆林陶家溝2號(hào)井開(kāi)采4號(hào)煤層，平均厚13.5m，目前礦井開(kāi)采深度已經(jīng)達(dá)到500米，隨著釆深增大，地應(yīng)力釋放也非常劇烈，在巷道掘進(jìn)過(guò)程中出現(xiàn)較為嚴(yán)重的片幫、炸頂現(xiàn)象，地應(yīng)力釋放十分嚴(yán)重，在常規(guī)的錨網(wǎng)支護(hù)情況下，往往在地應(yīng)力釋放之后，巷道頂板出現(xiàn)大幅度下沉，為確保安全，不得已在后期采用聯(lián)合支護(hù)的方式進(jìn)行頂板二次加固，費(fèi)時(shí)、費(fèi)力還增加了巷道的支護(hù)成本，并且給工作面回采期間工作面巷道支護(hù)造成極大的麻煩。因此合理的巷道支護(hù)方式是榆林陶家溝2號(hào)井亟待解決的一項(xiàng)重要問(wèn)題。

二、礦井目前巷道支護(hù)情況

榆林陶家溝2號(hào)井現(xiàn)有的回采巷道支護(hù)方式主要是沿用過(guò)去巷道支護(hù)模式，頂錨桿為f20*2400mm的螺紋鋼鋼錨桿，幫錨桿為f20*1800mm的圓鋼錨桿，錨桿排距為0.8米，并且在打設(shè)錨桿的同時(shí)，補(bǔ)充錨索支護(hù)，錨索排距為3米，每排兩根錨索，間距為1.5米，錨索規(guī)格為f18.9*6300mm的鋼絞線。在這種支護(hù)情況下，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)觀察，巷道在進(jìn)行以上錨網(wǎng)索支護(hù)后，出現(xiàn)以下主要問(wèn)題：支護(hù)系統(tǒng)的剛度和強(qiáng)度低，出現(xiàn)了錨桿及鋼筋托梁等被拉斷、間斷、撕裂等現(xiàn)象；地應(yīng)力釋放嚴(yán)重，礦壓顯現(xiàn)劇烈，巷道變形量大，巷道頂板在支護(hù)24小時(shí)內(nèi)離層下沉量大，局部區(qū)域還出現(xiàn)頂板切頂現(xiàn)象，同時(shí)在掘進(jìn)進(jìn)尺過(guò)程中巷道片幫炸頂現(xiàn)象嚴(yán)重，前方預(yù)掘煤體在應(yīng)力釋放嚴(yán)重的情況下需要體現(xiàn)打設(shè)大量的托錨才能勉強(qiáng)控制住頂板程中，威脅安全生產(chǎn)。為確保安全，又采用二次套棚支護(hù)，費(fèi)工費(fèi)時(shí)，工人的勞動(dòng)強(qiáng)度大，增大了巷道的支護(hù)費(fèi)用，但支護(hù)效果并不是十分明顯，巷道仍不能滿足生產(chǎn)要求。

三、工藝的研究與探討

要想提高巷道掘進(jìn)率，保證巷道頂板穩(wěn)定，就必須對(duì)現(xiàn)有的巷道支護(hù)形式進(jìn)行改進(jìn)，我礦擬采用頂板全排高強(qiáng)度大延伸率錨索支護(hù)技術(shù)來(lái)解決復(fù)雜困難條件下的巷道支護(hù)問(wèn)題。其特有的支護(hù)材料強(qiáng)度高、預(yù)緊力大的優(yōu)點(diǎn)，來(lái)控制復(fù)雜困難、強(qiáng)礦壓顯現(xiàn)巷道的大變形問(wèn)題。

四、高強(qiáng)度支護(hù)理論及施工方案

我礦5243下順槽巷道開(kāi)掘以后，地應(yīng)力釋放非常劇烈，采用高強(qiáng)度錨桿支護(hù)按照設(shè)計(jì)的間排距施工，已不能滿足生產(chǎn)需求，工作面圍巖變化非常大，巷道成型極差，巷道頂板彎曲變形下沉30～40cm，巷道淺部離層較大，兩幫收斂嚴(yán)重，加之巷道底鼓，頻繁應(yīng)付工作面的維護(hù)工作，工人的勞動(dòng)強(qiáng)度非常大，以至于不能進(jìn)行正常掘進(jìn)施工。鑒于以上嚴(yán)重問(wèn)題，我礦領(lǐng)導(dǎo)班子成員與相關(guān)科室進(jìn)行研究討論，在工作面實(shí)驗(yàn)高強(qiáng)度全排錨索一次性支護(hù)，維護(hù)工作面巷道頂板。高預(yù)應(yīng)力強(qiáng)力一次支護(hù)理論的實(shí)質(zhì)是，大幅度提高支護(hù)系統(tǒng)的初期支護(hù)剛度與強(qiáng)度，有效控制圍巖變形，保持圍巖的完整性，減小煤巖體強(qiáng)度的降低。

按照高強(qiáng)度錨索支護(hù)理論，在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行試驗(yàn)，將原有巷道頂板采用Φ20mm*2.4m螺紋鋼錨桿改為Φ18.9mm*5.3m全排錨索支護(hù)，排距1米，間距0.75米，錨索預(yù)緊力250KN，幫錨桿采用Φ20mm*1.8圓鋼錨桿支護(hù)圍巖，通過(guò)觀測(cè)，巷道圍巖控制不理想，隨后采用Φ21.8mm*5.3m高強(qiáng)度高延伸率全排錨索支護(hù)，排距1米，間距0.75米，錨索預(yù)緊力由250KN加大到300KN；幫錨桿由原有的Φ20mm*1.8m圓鋼錨桿改為Φ20mm*2.2m圓鋼錨桿，預(yù)緊力由150 Nm加大到200 Nm；錨網(wǎng)梁由原有的Φ6 mm鋼筋增加為Φ12 mm鋼筋 。

五、工藝效果驗(yàn)證

在今年5月采用高強(qiáng)度全排錨索支護(hù)以來(lái)，首先采用Φ18.9mm*5.3m的錨索支護(hù)巷道頂板，沒(méi)有達(dá)到理想的效果，后來(lái)采用Φ21.8mm*5.3m的錨索支護(hù)巷道頂板，巷道整體成型較好，在巷道施工過(guò)程中，通過(guò)巷道安裝的頂板離層儀及頂板位移量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)表面，巷道在支護(hù)后頂板離層下沉量在24小時(shí)內(nèi)由原來(lái)的200mm減少到30mm到50mm，巷道趨于穩(wěn)定，在局部構(gòu)造帶下沉量超過(guò)100mm的地段，增設(shè)了單體支柱。在沒(méi)有使用高強(qiáng)度高延深率錨索之前，月最高進(jìn)尺86.4米，試驗(yàn)使用后，掘進(jìn)進(jìn)度每月遞增，最高月進(jìn)尺達(dá)到255米，保證巷道的正常掘進(jìn)，緩解了礦井接續(xù)緊張的被動(dòng)局面。目前巷道已經(jīng)全部施工完畢，其中前500米采用原有的巷道支護(hù)方式，在進(jìn)行錨網(wǎng)支護(hù)后由于頂板離層量大，全部在后期進(jìn)行了二次聯(lián)合支護(hù)，而后700米采用高強(qiáng)度全排錨索支護(hù)后，基本沒(méi)有進(jìn)行二次聯(lián)合支護(hù)；該工藝在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用取得了成功。

六、經(jīng)濟(jì)效益分析

巷道圍巖完整、穩(wěn)定，沒(méi)有出現(xiàn)明顯的破壞，支護(hù)效果良好，不需要維修，更不需要進(jìn)行架設(shè)工鋼棚等補(bǔ)強(qiáng)措施。為礦井的頂板安全管理提供了保障。采用高強(qiáng)度錨索支護(hù)技術(shù)，雖單價(jià)比螺紋鋼錨桿及普通錨桿高，但是減少了巷道二次聯(lián)合支護(hù)的費(fèi)用，同時(shí)降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，對(duì)于輔助運(yùn)輸?shù)瘸杀疽蚕鄳?yīng)地減小。就目前榆林陶家溝2號(hào)井現(xiàn)狀，使用此工藝顯著提高了掘進(jìn)速度，有效控制圍巖的變形，提高了巷道支護(hù)的可靠性，從而大大降低了片幫冒頂事故發(fā)生的可能性，也大大減小了掘進(jìn)工作面炸頂、炸幫等礦壓顯現(xiàn)現(xiàn)象，改善工人作業(yè)環(huán)境的安全性，能緩解采掘銜接問(wèn)題，有利于礦井實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)高效。

參考文獻(xiàn)：

[1] 邢?？?煤礦支護(hù)手冊(cè)[M].北京：煤炭工業(yè)出版社，1993

[2] 高延法等.礦山巖體力學(xué)[M].徐州：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社，2000