随着人们对巷道围岩受力变形规律研究的不断深入, 巷道围岩不再被认为是纯粹的施载体。巷道围岩支护结构是一种“支架-围岩”相互作用的关系, 即围岩既是施载体, 同时又是承载体, 由于支护和煤岩层变形的不同步、不协调或者说不可抗力等情况的存在, 所以顶板发生离层变形是理所当然的。锚杆技术的逐渐成熟为巷道支护技术提供了可靠的保证。但在围岩条件恶劣的地方, 单纯的锚杆支护不能够很好的控制围岩变形, 这就需要锚梁网索等的联合支护, 使围岩变形量控制在一定范围之内。
2000年开始, 童亭矿开始试验复杂条件下7、8煤层锚杆支护技术, 经过几年的不断实践、摸索、总结, 已形成一套适合“三软”、“两高”复杂煤层, 在特殊地质条件下成功维护回采巷道的支护技术。
1 巷道生产技术条件
1.1 巷道地质条件
童亭煤矿井田位于安徽省北部平原, 淮北市濉溪县五沟镇境内, 北距淮北市约42km, 东距宿州市30km。童亭矿7煤层7214工作面煤层结构较复杂, 普遍含有0.2m～0.3m的夹矸, 煤层平均厚度2.0m, 煤层倾角表1童亭矿7矿煤层巷道围岩力学性质指标平均15°～20°, 普氏系数f=0.5～0.7, 煤层埋深586m～646m, 工作面小断层较发育, 受地质构造影响, 煤层的走向和倾向均有小型褶曲存在;煤层直接顶为泥岩、炭质泥岩, 平均厚2m, 普氏系数f=3;老顶为灰色砂岩, 裂隙发育, 平均厚5m, 普氏系数f=3～4;煤层顶板局部有少量淋水, 主要为7煤层顶板砂岩水, 含水量富水性较弱;煤层瓦斯涌出量大。煤层综合柱状图如图1所示。
1.2 煤层物理理学性质
根据巷道围岩类型的划分, 该巷道围岩为Ⅲ类, 较破碎型, 其围岩物理力学性质见表1。
2 巷道围岩支护设计
2.1 巷道断面尺寸选择
为了不破坏巷道顶板的完整性和稳定性, 提高巷道围岩自承能力, 风机巷断面设计为不规则四边形。
根据实际情况, 巷道断面尺寸应满足通风、行人、运输、安全等需要, 并充分考虑巷道变形量, 最终确定为净宽3.6m, 净高 (中高) 2.3m。
2.2 巷道锚梁网索联合支护参数
顶板采用5根M24-Ф22-L2400mm左旋无纵径螺纹钢高强锚杆, 配合3.6m长M4型5孔钢带、菱形金属网联合支护。每根锚杆采用2卷Z2460型水基树脂锚固剂加长锚固;锚杆间排距800mm。锚杆预紧力300N·m, 锚固力不低于8 0 k N。锚索布置在距上帮1/3处, 使用Ф15.24-L6300mm锚索, 排距1.6 m。
上帮采用4根M22-Ф20-L2000mm左旋无纵径螺纹钢高强锚杆, 配合2.8m长M4型4孔钢带、菱形金属网联合支护。每根锚杆采用2卷Z2950型水基树脂锚固剂加长锚固;锚杆间排距800mm。锚杆预紧力200N·m, 锚固力不低于60kN。锚索布置2根, 使用Ф15.24-L5300mm锚索, 结合部使用专用锁具连接, 锚索锚固长度为3.5m, 排距1.6m。
下帮采用3根M22-Ф20-L2000mm左旋无纵径螺纹钢高强锚杆, 配合1.8m长M4型3孔钢带、菱形金属网联合支护。采用加长锚固方式, 每根锚杆采用2卷Z2950型水基树脂锚固剂加长锚固;锚杆间排距800mm。锚杆预紧力200N·m, 锚固力不低于60kN。锚索布置在帮部距顶板1/3处, 规格为Ф15.24-L5300mm锚索, 排距1.6m。
3 巷道施工安全注意事项
3.1 施工技术措施
(1) 巷道支护设计中, 以理论计算作为确定巷道支护参数的基础, 辅以工程类比, 巷道动态检测等手段, 严密检测巷道的变形情况, 及时分析和调整支护参数, 最大限度地满足巷道帮、顶的支护要求。 (2) 巷道施工中要求采用风镐掘进, 若施工却需放炮, 只准放掏槽眼, 每眼装药量不超过0.3kg, 尽量降低对围岩和煤体整体强度的破坏。 (3) 针对地压大, 煤层帮部压力大, 煤体较松软的特点, 对巷道上帮支护采用加长锚固、锚索桁架联合支护方式, 有效提高了巷帮支护效果。
3.2 施工组织措施
(1) 结合实际巷道围岩支护特点, 设计与实际相符的支护方式。 (2) 明确现场施工责任范围, 提高围岩支护设计在现场的落实, 组织好施工, 技术部门负责锚杆支护设计与优化, 物管部门负责支护材料的供应及质量。 (3) 矿对抓好煤锚支护实行倾斜激励政策, 每月定期召开锚杆支护技术分析会, 协调解决在巷道施工及锚杆监测过程中出现的各种问题。
3.3 支护质量保证措施
抓好巷道施工过程中质量管理是搞好锚杆支护工作关键环节。
(1) 根据围岩力学性质, 制定复杂条件下 (“三软”、“二高”煤层) 煤层锚杆支护质量验收标准, 进一步规范锚杆支护的检查方法。 (2) 掘进队伍配齐扭力扳手、锚杆拉力计、液压枕、顶板离层仪等检查、监测器具和设备。 (3) 加强日常监测管理。制定严格的日常监测管理措施, 发现问题, 及时整改。锚杆使用规格严格符合施工措施要求, 托盘紧贴壁面, 螺母拧紧。力矩:M顶≥80N.m, M帮≥60N·m。钢带紧贴壁面, 金属网铺设平整, 压茬连接牢固, 连接点间距≤200mm;锚杆角度与巷道轮廓线夹角≥75°, 锚杆外露长度为10mm～40mm。 (4) 建立质量保证体系。建立锚杆质量档案, 对施工地点、单位、人员姓名、检测检查人员、质量评估、返工情况等实行档案化管理, 强化全员质量责任意识。
4 实施效果
观测结果显示, 掘进期间7214机巷两帮收敛量最大值为610mm, 顶板离层最大值为22mm, 巷道底鼓最大值为5l0mm;巷道施工40天左右, 变形速度较快, 其后, 变形速度减缓并趋于稳定。回采期间, 距工作面约50m左右, 巷道顶底板围岩变形逐步趋于稳定。
5 结语
(1) 在复杂条件 (“三软”、“两高”) 煤层中选择合理的巷道断面尺寸, 采用锚带网索联合支护方式, 能有效的控制巷道变形破坏, 满足安全生产、通风、行人等需要。 (2) 巷道掘进尽可能采用机械掘进, 减少爆破对巷道围岩的影响。采用爆破掘进时, 巷道两帮及顶板留有充分的预留空间。 (3) 锚梁网索联合支护方式是解决复杂条件下煤层巷道支护的有效途径, 根据现场实际隋况及时调整选用合理的支护参数, 建立完整有效的质量保证体系。
摘要：对于围岩条件恶劣的巷道, 单一锚杆支护已不能取得很好的支护效果。尤其是在软岩煤层巷道中, 其流变性突出, 支护效果不易保持, 往往在较短时间内又出现围岩变形量过大的现象。应用锚梁网索联合支护, 有效控制巷道破坏变形, 解决复杂条件下巷道支护问题。论文通过对童亭矿7煤层复杂条件下采用锚梁网索联合支护技术控制围岩变形, 取得了良好的效果, 经济安全效益显著。
关键词：软岩巷道,锚梁网索联合支护,破坏变形控制
参考文献
[1] 王启成, 李华.对锚网支护煤巷顶板离层及控制措施的认识[J].煤矿支护, 2006 (4) :16～20.
[2] 邢福康, 蔡坫, 刘玉堂.煤矿支护手册[M].北京:煤炭工业出版社, 1991.
[3] 何满潮, 袁和生.中国煤矿锚杆支护理论与实践[M].北京:科学出版社, 2004.
[4] 刘利祥.谈软岩煤层断层带巷道联合支护技术[J].中国煤炭工业, 2009 (2) :40.