畢璐璐

（山西高平科興米山煤業(yè)有限公司，山西 高平 046700）

1 工程概況

山西高平米山煤礦開采15#煤層，平均埋深約200 m，平均厚度2.96 m，傾角3°～8°。15#煤層為全區(qū)穩(wěn)定可采煤層，煤層結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，僅局部含少量夾矸，其頂板為K2 灰?guī)r、泥巖等，底板為泥巖、鋁土質(zhì)泥巖等。15#煤層的綜合地質(zhì)柱狀圖如圖1。

圖1 15#煤層綜合地質(zhì)柱狀圖

目前，一采區(qū)的資源基本回收完畢，為確保生產(chǎn)接替有序，開始布置二采區(qū)運(yùn)輸巷。二采區(qū)運(yùn)輸巷呈南北走向布置，其北為三條大巷，以西為二采區(qū)回風(fēng)巷，兩者間的保護(hù)煤柱寬30 m，以東為未開采實(shí)體煤，井下相對(duì)位置如圖2。二采區(qū)運(yùn)輸巷沿15#煤層頂板掘進(jìn)，矩形斷面，凈寬5.3 m，凈高3.0 m。

圖2 井下相對(duì)位置示意圖

此前，15#煤層的巷道支護(hù)主要采用架棚支護(hù)，不僅巷道掘進(jìn)成巷速度慢、工人勞動(dòng)強(qiáng)度大，而且部分巷道在強(qiáng)采動(dòng)影響下表現(xiàn)為非線性大變形破壞，嚴(yán)重制約井下安全高效生產(chǎn)。

2 高預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)錨網(wǎng)索主動(dòng)支護(hù)技術(shù)

根據(jù)15#煤層巷道架棚支護(hù)存在的問題，結(jié)合二采區(qū)運(yùn)輸巷的工程地質(zhì)條件，提出了以“高強(qiáng)協(xié)同、高預(yù)應(yīng)力”為核心的錨網(wǎng)索主動(dòng)支護(hù)技術(shù)。通過錨桿索的高預(yù)應(yīng)力、高強(qiáng)主動(dòng)支護(hù)，可有效減小支護(hù)密度，縮減施工時(shí)間，提高成巷速度，降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度。

2.1 關(guān)鍵技術(shù)分析

（1）高強(qiáng)支護(hù)。在選材上錨桿采用左旋無縱筋高強(qiáng)螺紋鋼錨桿，直徑20 mm，屈服強(qiáng)度不小于400 MPa，極限破斷載荷不低于217 kN，并配套高強(qiáng)托盤和高強(qiáng)螺母，提高主動(dòng)支護(hù)系統(tǒng)的整體剛度；在技術(shù)上采用樹脂加長(zhǎng)錨固，增加錨桿錨固黏結(jié)長(zhǎng)度，提高整個(gè)錨固系統(tǒng)剛度[1]，從而增強(qiáng)錨固區(qū)域的抗變形能力，實(shí)現(xiàn)錨桿高強(qiáng)支護(hù)。

（2）高預(yù)應(yīng)力。只有對(duì)錨桿施加足夠大的預(yù)緊力，才能有效改善圍巖力學(xué)性能，控制圍巖內(nèi)部裂紋的萌生發(fā)育，真正實(shí)現(xiàn)錨桿的高強(qiáng)主動(dòng)支護(hù)[2-3]。為確保二采區(qū)運(yùn)輸巷錨桿的高強(qiáng)主動(dòng)支護(hù)，頂板錨桿的安裝預(yù)緊扭矩不小于350 N·m（實(shí)測(cè)預(yù)緊力為58 kN 左右），兩幫安裝預(yù)緊扭矩不小于200 N·m（實(shí)測(cè)預(yù)緊力為30 kN 左右）。

（3）協(xié)同支護(hù)。錨桿支護(hù)僅可控制其長(zhǎng)度范圍內(nèi)的淺部圍巖變形，對(duì)深部圍巖的作用影響較小[4-5]。為保證巷道圍巖的長(zhǎng)期穩(wěn)定，選用直徑為17.8 mm 的1×7 股高強(qiáng)度、低松弛鋼絞線錨索，極限破斷載荷353 kN，將深部圍巖與淺部圍巖有機(jī)結(jié)合起來，形成更大范圍的復(fù)合錨固承載結(jié)構(gòu)，確保深部圍巖與淺部圍巖的變形協(xié)同。

2.2 圍巖控制方案

（1）頂板高預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)錨網(wǎng)索主動(dòng)支護(hù)

每排布置5 根MSGLW400 左旋無縱筋高強(qiáng)螺紋鋼錨桿，規(guī)格Ф20 mm×2200 mm，配150 mm×150 mm×10 mm 穹形高強(qiáng)鋼制托盤和高強(qiáng)螺母，間排距1200 mm×1300 mm；每根錨桿采用MSK2335 型和MSZ2360 型樹脂錨固劑各1 卷，錨固長(zhǎng)度1.3 m，預(yù)緊扭矩不小于350 N·m。錨桿鋼帶選用寬80 mm、厚4 mm 的平鋼帶，限位孔中心距1200 mm；金屬網(wǎng)由Ф4 mm 冷拔鋼筋焊接而成，網(wǎng)孔規(guī)格80 mm×80 mm。

頂板錨索采用1×7 股高強(qiáng)度低松弛鋼絞線錨索，規(guī)格為Ф17.8 mm×6300 mm，配300 mm×300 mm×15 mm 穹形高強(qiáng)鋼制托盤和配套鎖具，每排2 根，間排距2400 mm×5000 mm。每根錨索采用MSK2335 型樹脂錨固劑1 卷，MSZ2360型2 卷，錨固長(zhǎng)度1.75 m，要求初始張拉力150 kN，損失后不小于120 kN。

（2）幫部高預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)錨網(wǎng)主動(dòng)支護(hù)

每幫每排布置3 根Ф20 mm×2200 mm 的MSGLW400 高強(qiáng)螺紋鋼錨桿， 同樣配套150 mm×150 mm×10 mm 穹形高強(qiáng)鋼制托盤和高強(qiáng)螺母，間排距1200 mm×1300 mm。錨桿錨固劑用量同頂板錨桿，預(yù)緊扭矩不小于200 N·m。鋼帶和金屬網(wǎng)的規(guī)格參數(shù)同頂板。

二采區(qū)運(yùn)輸巷為整個(gè)采區(qū)服務(wù)，服務(wù)年限較長(zhǎng)，對(duì)表面進(jìn)行噴射混凝土支護(hù)，混凝土強(qiáng)度標(biāo)號(hào)C20，噴層厚度不小于100 mm。二采區(qū)運(yùn)輸巷支護(hù)斷面圖如圖3。

圖3 二采區(qū)運(yùn)輸巷支護(hù)斷面圖（mm）

3 現(xiàn)場(chǎng)工業(yè)試驗(yàn)

3.1 支護(hù)效果分析

為檢驗(yàn)高預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)錨網(wǎng)索主動(dòng)支護(hù)技術(shù)的實(shí)施效果，布置多個(gè)觀測(cè)站對(duì)二采區(qū)運(yùn)輸巷表面位移進(jìn)行監(jiān)測(cè)，其中具有代表性測(cè)站2的位移曲線如圖4。

根據(jù)圖4 可知，巷道掘出以后，圍巖體開挖卸荷發(fā)生塑性變形。高強(qiáng)錨網(wǎng)索支護(hù)后圍巖變形迅速趨于穩(wěn)定，頂?shù)装逡平冃畏€(wěn)定在22 mm 左右，兩幫移近變形穩(wěn)定在16 mm 左右，表明高預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)錨網(wǎng)索主動(dòng)支護(hù)技術(shù)應(yīng)用成效顯著，可保證巷道圍巖長(zhǎng)期穩(wěn)定。

圖4 巷道表面位移曲線

3.2 掘進(jìn)效率分析

二采區(qū)運(yùn)輸巷的掘進(jìn)工作采用“三八”制，兩班生產(chǎn)掘進(jìn)，一班運(yùn)料檢修。每個(gè)生產(chǎn)班可完成2.5～3 循環(huán)，循環(huán)進(jìn)尺2 m，日進(jìn)尺10～12 m，較原架棚支護(hù)日進(jìn)尺6～9 m 的掘進(jìn)效率得到顯著提升，同時(shí)工人的勞動(dòng)強(qiáng)度也明顯降低。

4 結(jié)論

（1）提出了高預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)錨網(wǎng)索主動(dòng)支護(hù)技術(shù)，進(jìn)一步明確了“高強(qiáng)支護(hù)、高預(yù)應(yīng)力、協(xié)同支護(hù)”為核心的關(guān)鍵支護(hù)技術(shù)要點(diǎn)。

（2）現(xiàn)場(chǎng)工業(yè)試驗(yàn)表明，高預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)錨網(wǎng)索主動(dòng)支護(hù)技術(shù)應(yīng)用成效顯著：巷道頂?shù)装逡平冃巫罱K穩(wěn)定在22 mm 左右，兩幫移近變形穩(wěn)定在16 mm 左右，圍巖變形得到有效控制；掘進(jìn)成巷日進(jìn)尺10～12 m，較原架棚支護(hù)日進(jìn)尺6～9 m 的掘進(jìn)效率得到顯著提升。