張寶春+吳建輝+潘小偉

摘 要：大斷面半煤巖錨網(wǎng)支護巷道綜掘快速成巷技術(shù)一直是煤礦掘進施工的難題。長期以來，國內(nèi)外眾專家對于巷道快速掘進和頂板控制技術(shù)的研究一直沒有間斷，也取得具有代表性的巷道快速掘進和控制技術(shù)。對于大斷面半煤巖錨網(wǎng)支護開掘巷道而言，支護參數(shù)的優(yōu)化技術(shù)直接影響著巷道的快速成巷。在平煤股份八礦丁一上部集中運輸巷采用錨桿支護信息動態(tài)設計五步法，優(yōu)化了巷道的支護參數(shù)，加快了成巷速度，同時減少了材料消耗，具有積極的推廣意義。

關(guān)鍵詞：大斷面；錨桿支護；參數(shù)優(yōu)化；五步法

1 概述

錨桿支護設計是煤巷錨桿支護技術(shù)中的核心內(nèi)容。如果參數(shù)選擇或支護形式不合理，會造成兩個極端：一是支護強度太高，浪費材料，影響巷道的快速掘進；二是支護強度不夠，發(fā)生冒頂事故。因此，錨桿支護形式和參數(shù)的選擇對錨桿支護的優(yōu)越性具有重要意義。

為了更好適應現(xiàn)場，實現(xiàn)巷道快速成巷，提出在大斷面半煤巖錨網(wǎng)支護巷道中采用錨桿支護信息動態(tài)設計“五步”法，通過對實際支護的監(jiān)測，積極主動與煤礦設計部門聯(lián)系，分析相關(guān)數(shù)據(jù)，并運用相關(guān)理論進行科學論證，優(yōu)化巷道支護參數(shù)。

2 錨網(wǎng)支護動態(tài)信息設計“五步”法

錨桿支護動態(tài)信息設計法包括五部分：施工地點調(diào)查和地質(zhì)力學評估；初始設計；井下支護效果監(jiān)測；信息反饋和支護參數(shù)優(yōu)化；優(yōu)化后井下監(jiān)測。該設計方法具有兩大特點，即動態(tài)性與信息性：一，設計是一個動態(tài)過程；其二，設計充分利用各種信息。

初始設計支護效果監(jiān)測信息反饋和支護參數(shù)優(yōu)化后支護效果監(jiān)測施工地點調(diào)查和地質(zhì)力學評估。

采用錨桿支護信息動態(tài)設計法，通過對實際支護效果的監(jiān)測，積極主動與礦設計部門聯(lián)系，分析相關(guān)數(shù)據(jù)，并合理利用錨桿支護相關(guān)理論進行科學論證，優(yōu)化巷道支護參數(shù)。

3 支護參數(shù)優(yōu)化分析

3.1 施工地點調(diào)查和地質(zhì)力學評估

施工地點調(diào)查包括圍巖強度、圍巖結(jié)構(gòu)、地應力、錨固性能測試及相鄰或相似巷道的支護設計等內(nèi)容，在此基礎上進行地質(zhì)力學評估和圍巖分類，為初始設計提供可靠的參數(shù)。

丁一上部集中運輸巷，沿丁5.6煤層頂板，丁5.6煤層局部偽頂為0～0.3m炭質(zhì)泥巖，直接底為砂質(zhì)泥巖，局部為細砂巖，含丁4煤（局部有缺失現(xiàn)象），基本頂為細至粗粒砂巖。煤層底板為泥巖，遇水易膨脹，基本底為砂質(zhì)泥巖及條帶狀細砂巖。

3.2 支護參數(shù)初始設計

巷道初始設計采用解析法、工程類比法和圍巖松動圈分類法進行，根據(jù)圍巖參數(shù)和己有實測數(shù)據(jù)確定出比較合理的初始設計。丁一上部集中運輸巷初始設計采用經(jīng)驗法進行，根據(jù)圍巖參數(shù)和已有實測數(shù)據(jù)確定出合理的初始設計，進行驗算。然后將初始設計應用于井下，進行日常監(jiān)測，保證巷道的安全。

丁一上部集中運輸巷支護參數(shù)及設計斷面：凈寬×凈高=5200×3300mm，S=17.2m2。幫錨桿選用Φ20×2400mm的高強錨桿，頂錨桿選用Φ20×2400mm的讓壓錨桿，錨索選用Φ17.8×6500mm的高強蜂窩式鋼絞線錨索。

3.3 支護效果監(jiān)測

3.3.1支護效果監(jiān)測的目的及內(nèi)容

（1）支護監(jiān)測目的

完整的現(xiàn)場監(jiān)測資料可以為巷道支護的成功實施提供基礎數(shù)據(jù)，是巷道支護工程得以鞏固和發(fā)展的重要保證。

（2）支護監(jiān)測的內(nèi)容

第一，巷道表面位移觀測：包含兩幫相對移近、頂?shù)装逑鄬σ平?、頂板離層下沉等。第二，頂板離層監(jiān)測：頂板離層是指圍巖中布置的兩測點之間以及錨桿端部圍巖與巷道頂板表面之間的相對位移值。當其達到一定數(shù)量，錨桿端部巖層同深部巖層之間產(chǎn)生離層現(xiàn)象。第三，錨桿受力監(jiān)測：通過儀器監(jiān)測錨桿的受力情況，及時了解錨桿的工作狀態(tài)。第四，錨索受力監(jiān)測：錨索作用是將錨桿支護形成整體懸吊，維護巷道安全。

3.3.2支護效果監(jiān)測及數(shù)據(jù)分析

（1）測站和測點的布置

從巷道掘進開始，每隔30～50m布置測站，分別以1#、2#等沿丁一上部集中運輸巷工作面向里依次編號，并在巷道頂板中心位置安裝離層觀測儀，記錄兩個基點（即深基點、淺基點）的位移或者離層變化數(shù)據(jù)，監(jiān)測錨桿錨索錨固范圍內(nèi)的頂板離層量變化。

測站內(nèi)測點位移一般按“十字交叉法”布置，觀測巷道頂?shù)装寮皟蓭偷南鄬σ平俊?/p>

從圖表的曲線可以看出，24天內(nèi)兩幫移近量較大，頂?shù)滓平坎淮?，最大不超過6mm，頂板離層量也是，12天后變形趨于穩(wěn)定，巷道總體收斂量不大，說明原設計支護參數(shù)過于保守，應適當減少支護密度，降低支護成本。

3.4 支護參數(shù)優(yōu)化及日常監(jiān)測

3.4.1支護參數(shù)優(yōu)化

根據(jù)井下現(xiàn)場監(jiān)測信息驗證對初始設計進行修改，優(yōu)化支護參數(shù)，使設計更加合理。例如，當巷道表面位移過大，說明巷道支護強度小，應當加強支護；當巷道頂板無離層、表面位移很小時，適當減小支護密度，為巷道綜掘快速施工提供技術(shù)保障。

3.4.2 支護參數(shù)優(yōu)化后日常監(jiān)測及數(shù)據(jù)分析

通過對施工巷道的“十字”位移及頂板離層儀的觀測，巷道施工后9天內(nèi)頂?shù)装遄畲笠平繛?0mm，兩幫為26mm，離層量都未超過8mm；巷道施工24天內(nèi)頂?shù)装遄畲笠平繛?4mm，兩幫為38mm，離層量都未超過10mm，頂板變形不大，處于可控范圍。說明優(yōu)化后巷道支護參數(shù)合理，能保證巷道安全穩(wěn)定，同時擴大排距，減少錨索支護密度，循環(huán)進尺量由1.6m增加到2m，并縮短錨索時間，不僅節(jié)省材料費用，而且提高巷道掘進速度。

4 應用效果

通過支護參數(shù)優(yōu)化的實施，大斷面錨網(wǎng)支護單進水平能夠得到大幅度提高，綜掘機械化作業(yè)水平得到提高，同時克服不利因素，消除系統(tǒng)影響，2016年3月丁一上部集中運輸巷創(chuàng)造公司綜掘單進527m的新記錄，為此，大斷面半煤巖錨網(wǎng)支護綜掘快速掘進技術(shù)能夠應用推廣。

5 小結(jié)

在丁一上部集中運輸巷，通過采用錨網(wǎng)索支護動態(tài)信息設計“五步”法優(yōu)化了巷道的支護參數(shù)，增加了錨桿排距，減少了錨桿、錨索的支護密度，從而提高掘進速度，為大斷面半煤巖錨網(wǎng)支護巷道的快速成巷奠定了基礎。

參考文獻

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