李龍生

(山西焦煤霍州煤電呂臨能化有限公司龐龐塔煤礦)

龐龐塔煤礦大斷面切眼強化梁控制技術

李龍生

(山西焦煤霍州煤電呂臨能化有限公司龐龐塔煤礦)

在煤炭資源開采過程中，大跨度強化梁控制技術的廣泛應用為施工人員提供了重要的安全保障。以龐龐塔煤礦9-705切眼導硐施工為例，深入分析了大跨度強化梁控制技術的應用成果，為類似工程應用提供參考。

煤炭資源開采 大跨度強化梁控制技術 支護設計 安全保障

龐龐塔煤礦9-705切眼導硐施工頂板錨索鉆孔實際揭露的頂部煤層厚8～8.5 m，黃泥層厚1.5～2.5 m，黃泥層上局部存在約0.5 m的空洞。當錨固生根點位于黃泥層時，錨固劑易黏結失效，造成錨索脫錨、虛錨，當錨固生根點穿透黃泥層達上位巖層時，由于存在層間空洞，使得錨固劑推送困難，大量錨固劑落于空洞中難以形成可靠錨固點。為提高9-705大斷面切眼的支護效果，保障頂板安全，采用大斷面切眼的大跨度強化梁控制技術進行處理。

1 大斷面切巷大跨度強化梁控制理念

大斷面、大跨度巷道頂板的破壞主要有2類形式，一類是頂板煤巖層沿煤壁整體切落，第二類是頂板彎曲并發(fā)生離層，當整個加固范圍未形成結構效應時，頂板在大變形后便會發(fā)生失穩(wěn)垮冒。第一類頂板整體切落的情況往往發(fā)生在頂板強度低、巖層破碎或頂板巖層泥化的條件下；第二類破壞本質上是層狀頂板的不協(xié)調變形。控制頂板彎曲下沉并消除離層最直接、最有效的手段是采用大跨度強化梁控制技術。通過桁架水平拉索的水平擠壓拉力作用于巷道頂板內產(chǎn)生一對對稱彎矩，消除由于頂板彎曲產(chǎn)生的拉應力區(qū)，使其完全變?yōu)閴簯顟B(tài)[1]。同時，錨索的預緊力引起的主動力使巷道頂板產(chǎn)生向上的垂直位移，使頂板的下沉量被抵消，對于改善頂板的穩(wěn)定性有重要作用。

頂板大跨度強化梁支護技術可針對頂板的漸進離層垮冒過程，充分調動圍巖自身的穩(wěn)定性，通過提高錨桿的初始徑向張力，及時將松脫區(qū)巖體與上位巖體擠壓加固，阻止頂板巖石松脫范圍的進一步擴大。通過增大錨固范圍，調動深部圍巖的強度和穩(wěn)定性，形成有效的加固厚度，提高錨固區(qū)巖體的強度和抗剪剛度，削弱頂板的漸次離層和垮冒[2]。當錨固范圍無法達到深部穩(wěn)定巖層區(qū)時，采用預拉力桁架系統(tǒng)，利用巷道上幫角的圍巖擠壓區(qū)，構建強化承載結構，形成向上的反力矩，平衡水平應力對頂板巖層的破壞作用，也可預防頂板錨固結構失效時的突發(fā)垮冒[2]。

2 設計方案與支護參數(shù)

10-705切巷斷面為矩形，沿煤層底板掘進。設計切巷分2次掘進，第一次掘進毛斷面尺寸4.5 m×3.4 m，第二次擴幫至設計毛斷面尺寸8.2 m×3.4 m。

2.1 第一次掘進期間支護設計

2.1.1 頂部錨帶網(wǎng)索+預應力桁架支護

頂錨桿均選用φ22 mm×2 500 mm左旋無縱筋螺紋鋼高強錨桿配合W型鋼帶和配套蝶形墊片進行支護，每排布置6根頂錨桿，間排距800 mm×800 mm，靠永久幫頂角錨桿外扎15°布置，其余頂板錨桿均垂直于頂板布置。每根錨桿用CK2340和Z2388型樹脂錨固劑各1條進行錨固，錨桿扭矩不小于250 N·m。W型鋼帶寬180 mm、厚2 mm，6眼長4.3 m，眼距800 mm。菱形金屬網(wǎng)由12#鐵絲編織而成，網(wǎng)孔規(guī)格40 mm×40 mm，網(wǎng)片尺寸10 m×0.9 m。

頂板采用桁架錨索和單體錨索的聯(lián)合支護方式，即桁架錨索和單體錨索交替布置，單體錨索排距1.6 m，桁架錨索間排距2.5 m×1.6 m(即每排僅施工單體錨索或桁架錨索)。

(1)桁架錨索。采用φ21.8 mm高強度低松弛預應力鋼絞線，錨索長10.5 m，眼深9 m，鉆孔直徑28 mm。采用2條Z2388型樹脂錨固劑進行錨固。桁架錨索排距1.6 m，間距2.5 m。桁架錨索送入鉆孔后，采用專用桁架錨索連接器連接完成并使用配套的鎖具鎖緊，1 h后用張拉機張拉預緊至25 MPa，錨索滯后迎頭不大于1.6 m。

(2)單體錨索。掘進期間，單體錨索每排布置1根，采用φ21.8 mm高強度低松弛預應力鋼絞線，鉆孔直徑28 mm，錨索孔深9 m，錨索長9.3 m，向外帶75°外扎角度，切勿穿過黃泥層。采用2條Z2388型樹脂錨固劑進行錨固，錨固長1 760 mm。單體錨索距離永久支護幫1.7 m，可采用配套的鋼板和鎖具張拉預緊，預緊力25 MPa，錨索滯后迎頭不得大于1.6 m。錨索托盤規(guī)格350 mm×350 mm×16 mm，中孔直徑24 mm。

2.1.2 巷道兩幫錨帶網(wǎng)支護

永久支護幫幫錨桿采用φ20 mm×2 000 mm高強錨桿、配套墊片，臨時幫幫錨桿采用φ14.6 mm×1 600 mm玻璃鋼錨桿或普通金屬錨桿、配套墊片進行支護。錨桿間排距800 mm×800 mm，每排布置5根錨桿，其中第1根距頂板100 mm，與水平面呈+15°夾角，中部3根錨桿水平布置，第5根距底板100 mm，與水平面呈-15°夾角。每根高強錨桿用1條Z2388型樹脂錨固劑進行錨固，每根普通錨桿用1條CK2340型樹脂錨固劑進行錨固，錨桿預緊扭矩不小于180 N·m。鋼筋梯子梁采用φ14 mm鋼筋環(huán)形焊接而成，5眼長3.3 m，眼距800 mm。

2.2 擴刷期間支護設計

2.2.1 頂部錨帶網(wǎng)索+預應力桁架支護

頂錨桿均選用φ22 mm×2 500 mm左旋無縱筋螺紋鋼高強錨桿配合W型鋼帶和配套蝶形墊片進行支護，每排布置5根頂錨桿，間排距800 mm×800 mm，靠回采側的頂角錨桿距幫250 mm，與鉛垂線呈15°夾角布置，其余頂板錨桿均垂直于頂板布置。每根錨桿用CK2340和Z2388型樹脂錨固劑各1條進行錨固，錨桿預緊扭矩不小于250 N·m。W型鋼帶寬180 mm、厚2 mm，5眼長3.6 m，眼距800 mm。菱形金屬網(wǎng)由12#鐵絲編織而成，網(wǎng)孔規(guī)格40 mm×40 mm，網(wǎng)片尺寸10 m×0.9 m。

頂板采用桁架錨索、槽鋼錨索+單體錨索的聯(lián)合支護方式，即桁架錨索、槽鋼錨索+單體錨索交替布置，桁架錨索排距1.6 m，槽鋼錨索排距1.6 m，單體錨索排距1.6 m(即施工1組桁架錨索—間隔0.8 m 施工1組槽鋼錨索+單體錨索—間隔0.8 m施工桁架錨索—間隔0.8 m施工1組槽鋼錨索+單體錨索，如此循環(huán))。

(1)桁架錨索。采用φ21.8 mm高強度低松弛預應力鋼絞線，錨索長10.5 m，眼深9 m，鉆孔直徑28 mm。采用2條Z2388型樹脂錨固劑進行錨固。桁架錨索排距1.6 m，間距2.5 m，錨索鉆孔與鉛垂線呈30°夾角。桁架錨索送入鉆孔后，采用專用的桁架錨索連接器連接完成并使用配套的鎖具鎖緊，1 h后用張拉機張拉預緊至25 MPa，錨索滯后迎頭不大于1.6 m。

(2)槽鋼錨索+單體錨索。單體錨索每排布置1根，采用φ21.8 mm高強度低松弛預應力鋼絞線，鉆孔直徑28 mm，錨索孔深9 m，錨索錨索長9.3 m，向外帶75°外扎角度，切勿穿過黃泥層。采用2條Z2388型樹脂錨固劑進行錨固，錨固長1 760 mm。單體錨索距離回采幫1.7 m，可采用配套的鋼板和鎖具張拉預緊，預緊力為25 MPa，錨索滯后迎頭不大于1.6 m。槽鋼錨索每組2根，間距1.6 m，2根槽鋼錨索施工完畢后，采用槽鋼進行連鎖。單體錨索采用配套的鋼板和鎖具張拉預緊，槽鋼錨索采用槽鋼配合鎖具進行連鎖張拉，預緊力均為25 MPa，錨索滯后迎頭不得大于1.6 m。鋼板規(guī)格350 mm×350 mm×16 mm，中孔直徑24 mm。槽鋼規(guī)格：14#槽鋼或工字鋼，長2.0 m，眼距1.6 m。切巷擴刷后每排0.8 m支設1組(2根)單體支柱，間距3.4 m。

2.2.2 幫部錨網(wǎng)梁支護

回采幫錨桿采用φ20 mm×2 000 mm高強錨桿，間排距800 mm×800 mm，每排布置5根錨桿，其中第1根距頂板200 mm，與水平面呈+15°夾角，中部3根錨桿水平布置，第5根距底板100 mm，與水平面呈-15°夾角。每根錨桿用1條Z2388型樹脂錨固劑進行錨固，錨桿初錨力不小于180 N·m。錨梁采用φ14 mm鋼筋環(huán)形焊接而成，5眼長3.3 m，眼距800 mm。

3 結 語

大跨度強化梁控制技術在龐龐塔煤礦9-705切眼導硐施工中的成功應用，有效解決了頂板有黃泥層的支護技術問題，有一定的推廣應用價值。

[1] 曲建光.大跨度開切眼圍巖強化控制技術研究[J].煤炭科學技術，2015(7)：1-5.

[2] 李亞運，謝文兵，荊升國，等.白坪礦大斷面機頭硐室結構強化機理及控制技術[J].煤炭技術，2014(7)：94-97.

2015-08-12)

李龍生(1971—)，男，工程師，033200 山西省呂梁市臨縣木瓜坪鄉(xiāng)。