(河南理工大學(xué) 河南 焦作 454000)

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集中膠帶大巷巷道支護(hù)優(yōu)化設(shè)計

喻從伍顏雷黃磊

(河南理工大學(xué)河南焦作454000)

本文針對五陽煤礦集中膠帶大巷的具體地質(zhì)條件確定支護(hù)形式和參數(shù)，并對支護(hù)效果進(jìn)行現(xiàn)場監(jiān)測，對巷道巖控制技術(shù)進(jìn)行了研究和分析，取得了良好的技術(shù)經(jīng)濟效益。

集中膠帶大巷；支護(hù)形式；監(jiān)測；圍巖控制

一、地質(zhì)概況

山西潞安環(huán)能股份有限公司五陽煤礦位于山西省襄垣縣境內(nèi)，是一座大型礦井，地理坐標(biāo)為：東經(jīng)112°58′25″～113°05′09″，北緯36°26′46″～36°33′47″。井田坐落于潞安礦區(qū)東北部，屬黃土高原的低山丘陵地帶，地勢較為平坦，呈南高北低，西高東低。大多為黃士所覆蓋，局部零星出露中奧陶系地層及二疊系地層，沖溝發(fā)育。最高點位于本區(qū)南文王山北斷層附近，海拔為+945.50m，最低點位于漳河河谷，海拔+854.00m，最大高差為91.50m。

五陽煤礦集中膠帶大巷地面位于南豐村南部、從西里村和東里村下方穿過。井下位置位于78皮帶巷和主2皮帶巷之間，從75-5#區(qū)段上方穿過，巷道主要在3#煤層頂板中掘進(jìn)，穿越地層主要為泥巖、砂質(zhì)泥巖、砂巖，掘進(jìn)中局部地段將會揭露1#、2#煤層。

二、巷道所處不利條件分析

(1)巷道頂板淋水現(xiàn)象嚴(yán)重，破壞了頂板巖層的穩(wěn)定性，根據(jù)現(xiàn)場考察可知，集中膠帶大巷多處巷道頂板淋水，頂板水的長期浸泡會導(dǎo)致頂板巖層的強度降低，特別是軟弱泥巖或者膨脹性泥巖，尤其會導(dǎo)致巷道頂板噴層開裂、剝落、巷道頂板下沉現(xiàn)象，巷道實際揭露的巖層為層狀且有軟弱夾層，此類圍巖如在水的浸泡作用下，勢必會減弱錨桿支護(hù)的效果，巷道圍巖將不可避免會發(fā)生變形[1]。

(2)圍巖巖性不一致、變形不均勻，將加劇巷道圍巖的變形巷道實際揭露的巖層性質(zhì)與該巷道附近鉆孔地質(zhì)柱狀圖不符，實際揭露的巖層多為層狀和斷裂現(xiàn)象較為明顯的砂質(zhì)泥巖，且層與層之間夾雜著較為軟弱的類似軟泥巖物質(zhì)，巷道圍巖較為破碎，圍巖有明顯的流變特性，具有典型的軟巖特征。由于巷道圍巖巖性不一致，且強度相差較大，在地應(yīng)力作用下，其變形破壞必定不均勻。在分析巷道圍巖的變形過程中，巷道圍巖應(yīng)作為一個整體看待，巷道兩幫的變形、下沉將加劇頂板的下沉，同樣頂?shù)装宓钠茐膶⒋偈瓜锏纼蓭托纬筛蟮膽?yīng)力集中，從而加劇巷道兩幫的破壞深度[2]。從圍巖穩(wěn)定分類來看，該類巷道圍巖屬于“不穩(wěn)定圍巖”。

(3)錨桿托盤參數(shù)不合理，錨桿支護(hù)能力大打折扣。

該礦目前采用的支護(hù)方式和參數(shù)，很難有效控制巷道圍巖的變形和破壞，建議采取有效措施，因地制宜的選擇支護(hù)方式和支護(hù)參數(shù)，消除目前巷道支護(hù)中存在的安全隱患。

三、集中膠帶大巷支護(hù)初步技術(shù)方案

根據(jù)集中膠帶大巷地質(zhì)條件，運用計算機數(shù)值模擬，結(jié)合類比法提出巷道支護(hù)的初步方案，根據(jù)現(xiàn)場觀測后再考慮設(shè)計方案的調(diào)整和完善。

頂板為6根錨桿，間距850mm；兩幫各4根錨桿，間距為1000mm，錨桿排距參照間距確定為1000mm，其具體支護(hù)參數(shù)為：

頂板錨索：采用1×7股高強度低松弛鋼絞線制，直徑17.8mm，長6.3m，有效長度6.0m左右，錨索間距1700mm，一排兩根，排距2000mm，緊跟掘進(jìn)迎頭施工。錨索采用3卷Z2360樹脂錨固劑錨固，理論錨固長度約為1.63m，在錨索錨固端1.5m處施加擋圈。錨索托盤采用300mm×300mm×16mm的高強球型托盤，錨索預(yù)緊力應(yīng)≥150KN。遇煤層厚度變化較大的地段，錨索長度可根據(jù)需要調(diào)整，錨索應(yīng)深入煤層頂板3～4m。

兩幫錨桿：使用左旋螺紋鋼高強錨桿，錨桿鋼材屈服強度不低于400MPa，規(guī)格為Ф20×2000mm，配150mm×150mm×10mm高強拱形托盤和高強螺母，含調(diào)心球墊和減摩墊圈，為配套產(chǎn)品；鉆孔直徑為28mm，加長錨固，每孔兩支樹脂藥卷，規(guī)格為K2335和Z2360各一卷，選用金屬網(wǎng)和鋼筋梯子梁護(hù)幫，為了便于彎曲以使錨桿能夠貼緊巷道幫部，梯子梁采用10～12mm的鋼筋自行制作(梯子梁鋼筋比頂板稍細(xì))，長度為3600mm，寬度80～85mm；金屬網(wǎng)采用8#鉛絲編制的經(jīng)緯網(wǎng)或者菱形網(wǎng)，兩幫金屬網(wǎng)規(guī)格為3600mm×1100mm，網(wǎng)孔為40mm×40mm，相鄰網(wǎng)搭接約100mm，鐵絲鈕扣聯(lián)結(jié)。兩幫錨桿預(yù)緊力矩應(yīng)不小于150N·m。

四、現(xiàn)場試驗效果

為分析集中膠帶大巷支護(hù)技術(shù)方案后支護(hù)效果，在集中膠帶大巷開口往里100m和150m處設(shè)置了兩個測站，采用“十”字布點法布置觀測點監(jiān)測巷道頂?shù)装寮皟蓭鸵平縖3]。第一次測出數(shù)據(jù)后，以后隔一天測一次數(shù)據(jù)，觀測一個月。

兩測點的巷道兩幫及頂?shù)装遄冃乌厔莼疽恢?，都在掘巷后半個月內(nèi)，圍巖變形增長較迅速，而半個月后，巷道變形速率開始變小，20天左右變形量開始趨于穩(wěn)定，頂?shù)装逡平吭?0mm以內(nèi),兩幫移近量在110mm以內(nèi)。通過支護(hù)，提高了圍巖穩(wěn)定性，很好的控制了圍巖變形，支護(hù)效果良好。

五、結(jié)論

總的來看，設(shè)計的支護(hù)方案下，巷道位移量達(dá)到一定的限度后不再發(fā)生變化，巷道圍巖已處于穩(wěn)定狀態(tài)，且巷道的變形量都在允許變形量之內(nèi)，說明所采用的支護(hù)方案能有效控制集中膠帶大巷圍巖變形，取得了良好的技術(shù)經(jīng)濟效益。并對類似條件下的巷道支護(hù)起到了重要的指導(dǎo)作用。

[1]鞠文君,付玉凱.我國煤礦巷道支護(hù)的難題與對策[J].煤礦開采,2015,(06):1-5.

[2]王平,姜福興,王存文,孔令海.大變形錨桿索協(xié)調(diào)防沖支護(hù)的理論研究[J].采礦與安全工程學(xué)報,2012,(02):191-196.

[3]蘭奕文.巷道支護(hù)分析[J].煤炭技術(shù),2007,(04):64-67.

喻從伍(1995-)，男，漢族，安徽廣德人，本科，河南理工大學(xué)能源科學(xué)與工程學(xué)院；顏雷(1979-)，男，壯族，廣西百色人，本科，河南理工大學(xué)能源科學(xué)與工程學(xué)院；黃磊(1993-)，男，漢族，江西贛州人，本科，河南理工大學(xué)能源科學(xué)與工程學(xué)院。