呂 磊

（晉能控股集團(tuán)軒煤公司劉家梁礦掘進(jìn)二隊(duì)，山西 忻州 034114）

近幾年，礦產(chǎn)資源開采規(guī)模顯著增大，而礦區(qū)地質(zhì)條件越來越復(fù)雜，且逐漸產(chǎn)生大斷面巷道，同時(shí)巷道圍巖結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性比較差。因此，在礦產(chǎn)資源開采中，應(yīng)用綜采技術(shù)不僅可以提高開采效率，增大產(chǎn)能，還能夠有效提升生產(chǎn)安全性；擴(kuò)大綜采工作面，能夠有效提高機(jī)械化開采水平，同時(shí)降低生產(chǎn)過程危險(xiǎn)性；在綜采工作面開采過程中還需用多種機(jī)械設(shè)備，而很多機(jī)械設(shè)備的體量比較大，因此對(duì)于回撤通道支護(hù)技術(shù)的要求比較高。為提高綜采工作面安全性，可應(yīng)用錨網(wǎng)聯(lián)合支護(hù)技術(shù)，以保證回撤通道支護(hù)效果。

1 錨網(wǎng)支護(hù)原理分析

在綜采面礦產(chǎn)資源開采時(shí)預(yù)擴(kuò)巷道圍巖的過程中，可能會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)軟弱面造成較大擾動(dòng)作用，進(jìn)而導(dǎo)致其破裂，對(duì)此，可利用錨桿對(duì)頂板進(jìn)行支護(hù)，以使軟弱結(jié)構(gòu)能夠有效發(fā)揮抗剪作用，提高巷道圍巖結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，避免在礦產(chǎn)資源開采過程中圍巖結(jié)構(gòu)發(fā)生變形。在回撤通道支護(hù)體系中，錨桿可聯(lián)合巖層梁，有效支撐上覆巖層，組合梁則可能會(huì)受到圍巖結(jié)構(gòu)對(duì)其造成的反作用力，導(dǎo)致頂板巖層開裂，此外，因頂板巖層還會(huì)承受由錨桿產(chǎn)生的預(yù)緊力，因此錨桿之間的巖塊會(huì)不斷脫落，導(dǎo)致錨桿無法發(fā)揮支護(hù)作用。對(duì)此，通過應(yīng)用鋼筋梁以及鋼筋網(wǎng)可有效提高組合梁完整性，同時(shí)避免巖體松動(dòng)，充分發(fā)揮支護(hù)體系的重要作用。在錨網(wǎng)支護(hù)施工時(shí)，可在煤幫附近安裝頂板錨桿，錨桿需保持一定的傾斜度，然后再打入至煤體中，采用這種方式的支護(hù)強(qiáng)度比較大。另外，在頂板位置也可打入錨索進(jìn)行錨固，將總軸線作為基線，據(jù)此選擇支撐點(diǎn)，并施加一定的預(yù)緊力，從而有效避免或者減緩頂板變形，提高組合梁支護(hù)效果[1]。

2 工程概況

2.1 工作面地質(zhì)條件

在某礦產(chǎn)資源開采中，綜放工作面長(zhǎng)度為860 m，切斜寬度為122 m，煤層平均厚度為9.5 m。根據(jù)檢測(cè)分析，煤層普氏系數(shù)f為0.4～0.7，相對(duì)瓦斯涌出量在15～20 m3/t之間。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)勘查，煤層直接頂為厚度8 m左右的砂質(zhì)泥巖，老頂為厚度5.35 m左右的粗砂巖，直接底為厚度0.92～3.73 m的粉砂巖，老底為厚度3.7～10.4 m的細(xì)、中粒砂巖。工作面與停采線之間的距離為100 m，地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，斜向分布F101-1及F102-1兩條斷層，兩條斷層之間的落差分別為8 m以及2.4 m。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)勘查，兩條斷層發(fā)生切割破壞，煤層節(jié)理發(fā)育，部分區(qū)域煤層厚度減小，同時(shí)出現(xiàn)底板隆起問題。

2.2 工作面支承壓力分布特點(diǎn)

在工作面推進(jìn)方向，回采空間支撐結(jié)構(gòu)由煤壁、工作面支架以及采空區(qū)冒落矸石所組成。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)勘查，頂煤的變形以及破壞形式如下：在工作面前方40 m處，出現(xiàn)頂煤始動(dòng)位移點(diǎn)；在工作面上，頂煤的位移不斷增加；工作面前方4～18 m范圍為頂煤穩(wěn)定變形區(qū)，在這一區(qū)域內(nèi)煤體受到破壞，同時(shí)產(chǎn)生新的裂縫，水平應(yīng)力較大，變形類型為塑性變形，穩(wěn)定性比較強(qiáng)；工作面前方0～4 m范圍為頂煤變形加速區(qū)，頂板破碎后，頂煤受到回轉(zhuǎn)力作用，同時(shí)水平應(yīng)力顯著降低，煤體承載能力比較差，裂縫逐漸擴(kuò)大；垮落破壞區(qū)為支架以上煤體，由于頂煤受到支架反復(fù)支撐作用及卸載作用，此區(qū)域遭到嚴(yán)重破壞，連續(xù)性降低。工作面前后支撐壓力分布形式如下頁圖1所示。

圖1 工作面前后支撐壓力分布示意圖

3 回撤通道支護(hù)方案比選

3.1 架棚支護(hù)

架棚支護(hù)不僅能夠支撐頂板，保證作業(yè)人員安全，同時(shí)還可創(chuàng)造良好的通風(fēng)條件。在回撤過程中需應(yīng)用很多工字鋼，回撤位置則需應(yīng)用大量木垛，因此，架棚支護(hù)時(shí)所需的材料比較多，同時(shí)頂板管理難度較大，可能會(huì)造成資源浪費(fèi)，且回撤速度比較慢。如果將其應(yīng)用于易燃煤層，煤層一旦發(fā)生火災(zāi)，則很難及時(shí)采取有效的處理措施。

3.2 錨網(wǎng)支護(hù)

通過對(duì)頂煤變形特征進(jìn)行分析，在回撤通道掘進(jìn)施工前，首先需對(duì)煤體采取有效的加固處理措施，以緩解煤體變形速度，同時(shí)還需提升支架頂部煤體承載能力。在回撤通道掘進(jìn)完成后，應(yīng)及時(shí)安裝錨桿，以提升圍巖結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性以及承載能力[2]。

綜合考慮礦區(qū)實(shí)際情況以及技術(shù)條件等因素，最終選用錨網(wǎng)支護(hù)施工技術(shù)。連續(xù)擠壓加固帶的形成圖如圖2所示。

圖2 連續(xù)擠壓加固帶的形成示意圖

4 回撤通道錨網(wǎng)支護(hù)參數(shù)

4.1 巷道斷面形狀及寬度

在通道設(shè)計(jì)過程中，為了保證回撤通道的安全性和可靠性，應(yīng)對(duì)架前部分以及架頂部分進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。其中，在架前部分設(shè)計(jì)中，要求確保支架能夠順利移動(dòng)，因此可采用矩形斷面形式，凈寬和凈高分別為2 m和2.8 m，凈斷面的面積為5.6 m2，軌道鋪設(shè)過程中，在上下端頭6 m范圍內(nèi)需嚴(yán)格控制曲線半徑，凈寬和凈高分別為3 m和2.8 m，凈斷面的面積為8.4 m2；在架頂部分設(shè)計(jì)中，應(yīng)確保回撤過程中支架頂部完整性，避免支架發(fā)生變形。因此，可將頂部錨桿支護(hù)結(jié)構(gòu)寬度設(shè)計(jì)為4.5 m。

4.2 頂部錨桿參數(shù)

錨桿長(zhǎng)度為：

式中：f為煤層普氏系數(shù)，取值0.2～0.7，在本次計(jì)算中，取其平均值0.45；B為通道跨度，取2.0 m；B1為頂錨桿外露長(zhǎng)度，取40 mm。

代入上述公式計(jì)算得L=2.784 m，取2.8 m。

錨桿間距取600mm；水泥錨固劑規(guī)格為Φ32 mm×230 mm，每孔14節(jié)；錨桿排距取600 mm，如果煤體破碎，則可調(diào)整為500 mm；錨固長(zhǎng)度取1 800 mm。

4.3 幫錨桿支護(hù)參數(shù)

在幫錨桿制作中，選用2×8 mm×30 mm雙竹片，在工作面回撤通道錨桿支護(hù)施工時(shí)的結(jié)構(gòu)形式如圖3所示。

圖3 工作面回撤通道支護(hù)示意圖（mm）

錨桿長(zhǎng)度為：

式中：H為巷道高度，取2.8 m；Lw為錨桿外露及富裕量，取0.15 m；Lm為錨固長(zhǎng)度，取0.4 m。

代入上述公式計(jì)算得Lb=1.75 m，取1.9 m。

水泥錨固劑規(guī)格為Φ32 mm×230 mm，每孔3節(jié)；錨桿間排距取700 mm；錨固長(zhǎng)度取400 mm。

4.4 金屬網(wǎng)參數(shù)

在金屬網(wǎng)制作中，選用10號(hào)鉛絲，網(wǎng)目40 mm×40 mm，編織制作菱形網(wǎng)。

4.5 托板

鐵制托板尺寸為100 mm×100 mm×8 mm，木制托板尺寸為500 mm×250 mm×50 mm。

5 回撤通道錨網(wǎng)支護(hù)施工方法及工藝

1）通道位置選擇。根據(jù)工作面周期，壓步距設(shè)定為22 m，停采線位置為末次來壓之后推進(jìn)12 m處，并確保掘進(jìn)區(qū)域處于減壓帶范圍內(nèi)，便于施工和維護(hù)管理。

2）通道掘進(jìn)方式。在回撤通道掘進(jìn)過程中，如果采用炮掘施工方式，對(duì)煤體產(chǎn)生的振動(dòng)較大，且施工速度慢，很難保證施工質(zhì)量。對(duì)此，在該礦區(qū)回撤通道施工中，選用采煤機(jī)割煤施工方式，同時(shí)注意架前的空頂掛網(wǎng)、拉繩操作，并打設(shè)錨桿，通過運(yùn)用支架推移設(shè)備逐漸推移前溜，以此進(jìn)行掘進(jìn)施工[3]。

3）施工方法。在距停采線10 m位置處，根據(jù)工作面傾斜方向拉鋼絲繩，并鋪設(shè)單層網(wǎng)，在支架回撤前，即可形成掩護(hù)帶；當(dāng)工作面推進(jìn)5.5 m后，可將錨桿打入至頂板煤體中，為通道施工奠定基礎(chǔ)。由于煤體破碎，并且位移速度比較快，因此，需及時(shí)完成鋪網(wǎng)和錨桿打設(shè)，避免煤體冒落。

4）支護(hù)效果。在該回撤通道施工完成后，在施工現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置觀測(cè)點(diǎn)，根據(jù)計(jì)算分析，頂板平均總位移為72 mm，前三天位移量比較大，第四天開始逐漸穩(wěn)定。支架回撤后，在錨網(wǎng)支護(hù)作用下，回撤通道依然處于全斷面支護(hù)狀態(tài)。

6 結(jié)語

鑒于綜采工作面煤體破碎情況，對(duì)于支護(hù)施工的要求比較高，對(duì)此，應(yīng)用錨網(wǎng)支護(hù)施工技術(shù)，并合理組織施工，通過后期在施工現(xiàn)場(chǎng)對(duì)頂板位移情況進(jìn)行觀測(cè)分析，發(fā)現(xiàn)頂板位移明顯減小，且將支架回撤后，在錨網(wǎng)支護(hù)作用下，回撤通道依然處于全斷面支護(hù)狀態(tài)，保證了回撤通道穩(wěn)定性和安全性。