縱裂隙發(fā)育頂板回采巷道支護(hù)優(yōu)化研究

1 引言
　　錨網(wǎng)索支護(hù)是煤礦巷道主要的支護(hù)方式，它主要有懸吊、組合梁、圍巖補(bǔ)強(qiáng)等作用，它的作用原理是充分利用錨網(wǎng)索支護(hù)強(qiáng)化提高巷道圍巖的抗剪切破壞能力，在一定范圍內(nèi)提高圍巖的強(qiáng)度和穩(wěn)定性，從而形成承壓拱結(jié)構(gòu)，抵抗巷道圍巖變形，支撐維護(hù)巷道[1]。康紅普等[2]總結(jié)了煤礦預(yù)應(yīng)力錨桿支護(hù)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，指出了預(yù)應(yīng)力的重要性與應(yīng)用，認(rèn)為以往的設(shè)計(jì)施工，忽略了預(yù)應(yīng)力錨網(wǎng)索，導(dǎo)致錨網(wǎng)索不能較好地調(diào)動(dòng)圍巖自身的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。文獻(xiàn)[3]進(jìn)一步指出普通錨網(wǎng)索本身的強(qiáng)度不高，受巷道圍巖條件和采動(dòng)的影響容易發(fā)生破壞，造成錨網(wǎng)索難以發(fā)揮最大作用。文獻(xiàn)[4]針對(duì)高應(yīng)力軟巖硐室提出了高位恒阻讓壓的技術(shù)觀點(diǎn)，并結(jié)合注漿和反底拱對(duì)高預(yù)應(yīng)力軟巖硐室進(jìn)行了加固，取得了良好的效果。上述研究成果對(duì)于巷道支護(hù)優(yōu)化具有借鑒意義。一般情況下，煤礦頂板是層狀結(jié)構(gòu)，存在大量水平層理，很少有研究者關(guān)注縱向裂隙發(fā)育對(duì)頂板支護(hù)的影響。
　　延安市禾草溝一號(hào)煤礦有限公司（簡(jiǎn)稱(chēng)禾草溝一礦）的回采巷道存在變形量大、多次返修、維護(hù)費(fèi)用高的問(wèn)題。鑒于此，禾草溝一礦決定在15214工作面回風(fēng)平巷進(jìn)行詳細(xì)分析，并以此為基礎(chǔ)實(shí)施錨網(wǎng)索支護(hù)優(yōu)化，以達(dá)到控制巷道圍巖變形，提高巷道穩(wěn)定性，降低巷道維護(hù)成本的目的。
　　2 禾草溝一礦工程概況
　　禾草溝一礦位于子長(zhǎng)縣余家坪鄉(xiāng)，距子長(zhǎng)縣城約15km。5號(hào)煤層位于瓦窯堡組第四段頂部，平均厚度2.19m，直接頂為0.6m的油頁(yè)巖，老頂為4.8m的細(xì)砂巖，底板為泥質(zhì)粉砂巖。15214工作面采用走向長(zhǎng)壁后退式全部垮落的綜合機(jī)械化采煤方法。15214工作面順槽采用矩形斷面，斷面4.2m×2.5m，煤柱留設(shè)寬度20m。
　　3 禾草溝一礦現(xiàn)有支護(hù)系統(tǒng)分析
　　3.1 現(xiàn)有支護(hù)系統(tǒng)
　　現(xiàn)有工作面回采巷道采用錨網(wǎng)索支護(hù)。頂板采用？準(zhǔn)20×2200mm的普強(qiáng)錨桿進(jìn)行支護(hù)，配合1支CK2360樹(shù)脂錨固劑和10mm的Q235碟形鋼托盤(pán)，錨桿間排距為800×900mm，錨桿鋼帶使用？準(zhǔn)12mm鋼筋制成，規(guī)格4000×80mm;采用？準(zhǔn)17.8×7300mm的錨索加強(qiáng)支護(hù)，配2支CK2360樹(shù)脂錨固劑和10mm厚的Q235碟形大托盤(pán)，錨索采用“五花”布置，間排距為1800×2700mm。右?guī)筒捎?？?zhǔn)16×1900mm螺紋鋼錨桿，左幫采用？準(zhǔn)20×2000mm玻璃鋼錨桿加配木托盤(pán)，間排距為1100×1600mm。
　　錨桿錨固力不低于80kN，頂錨桿預(yù)緊力矩不低于150N·m，幫錨桿預(yù)緊力為40N·m，錨桿外露長(zhǎng)度10～50mm;錨索預(yù)緊力矩不低于130 N。錨固力不小于220 kN，錨索張拉為25～28 MPa。
　　3.2 現(xiàn)有支護(hù)系統(tǒng)分析
　　回采巷道產(chǎn)生較大變形的原因除巷道圍巖條件和采動(dòng)影響外，在支護(hù)方面還存在以下問(wèn)題：首先是支護(hù)材料方面：螺紋退絲，說(shuō)明螺紋形式或材質(zhì)需優(yōu)選;錨桿托盤(pán)拉穿，說(shuō)明托盤(pán)厚度和材質(zhì)不匹配、缺少墊片;錨索托盤(pán)翻盤(pán)，平托盤(pán)受力性能較差，需對(duì)托盤(pán)厚度、材質(zhì)進(jìn)行優(yōu)化。其次是支護(hù)技術(shù)及工藝方面：巷幫木托盤(pán)改變了錨桿承載特性，需進(jìn)一步考慮;頂板錨桿托盤(pán)切入頂板，建議適當(dāng)增加托盤(pán)尺寸;實(shí)體煤側(cè)玻璃鋼錨桿在鉆孔30～50cm范圍內(nèi)錨固，存在錨固缺陷，致使錨桿無(wú)法起到支護(hù)作用，需要改進(jìn)支護(hù)工藝;需要對(duì)特殊地段加強(qiáng)支護(hù)。
　　4 支護(hù)優(yōu)化方案
　　4.1 支護(hù)方案
　　4.1.1 錨桿支護(hù)系統(tǒng)
　　如圖1所示，錨桿類(lèi)型為普強(qiáng)預(yù)應(yīng)力錨桿，頂板采用為？準(zhǔn)20×2200mm，如不采用小煤柱沿空掘巷段的實(shí)體幫采用？準(zhǔn)16×1800mm的螺紋鋼錨桿，小煤柱沿空掘巷段的實(shí)體幫則采用？準(zhǔn)18×1800mm的錨桿，工作面?zhèn)葞筒捎?？?zhǔn)20×1800mm的玻璃鋼錨桿，配合1卷K2360的樹(shù)脂錨固劑。 　　采用金屬網(wǎng)/塑料網(wǎng)+鋼筋梯進(jìn)行護(hù)表。頂板采用？準(zhǔn)10mm鋼筋梯和？準(zhǔn)5.5mm鋼筋網(wǎng)，隔排布置，兩幫為塑料網(wǎng)，實(shí)體側(cè)幫可在錨桿托盤(pán)下墊廢舊皮帶做成的墊防止切斷網(wǎng)片。頂板錨桿間距800mm，排距1000mm;幫錨桿間距1000mm，采用3-2-3布置。
　　4.1.2 輔助支護(hù)
　　錨索類(lèi)型為預(yù)應(yīng)力錨索，采用？準(zhǔn)17.8×7300mm的錨索，配合1卷CK2360+1卷K2360樹(shù)脂錨固劑，錨索托盤(pán)采用300×300×12mm的碟型普強(qiáng)托盤(pán)，間距3000mm，采用“五花”隔排布置，布置在兩排錨桿間。
　　4.1.3 預(yù)應(yīng)力設(shè)計(jì)
　　錨桿預(yù)應(yīng)力一般設(shè)計(jì)為桿體屈服強(qiáng)度的30%～50%。頂板錨桿的預(yù)應(yīng)力在4～6T，玻璃鋼錨桿按照40～45N·m施加，采空區(qū)側(cè)幫如采用？準(zhǔn)18螺紋鋼錨桿預(yù)應(yīng)力3～4T，采空區(qū)側(cè)幫如采用？準(zhǔn)16螺紋鋼錨桿，預(yù)應(yīng)力2.5～3.3T，錨索的預(yù)應(yīng)力大于13T。
　　4.2 支護(hù)材料匹配及優(yōu)化
　　支護(hù)材料匹配可以在保證支護(hù)效果的同時(shí)，盡可能降低勞動(dòng)強(qiáng)度和支護(hù)成本。配置如下：？準(zhǔn)18mm和？準(zhǔn)20mm預(yù)應(yīng)力普強(qiáng)錨桿的桿體材質(zhì)為Q335，有減阻墊圈，扭矩螺母要求打開(kāi)扭矩為90～120N·m，配合120×120×8mm厚的Q235普強(qiáng)碟型托盤(pán)。？準(zhǔn)17.78mm錨索配合索具、球形墊圈和碟型托盤(pán)孔使用，采用300×300×12mm的Q235普強(qiáng)碟型錨索托盤(pán)。錨固劑一般選用CK（超快）和其他錨固劑組合使用。
　　5 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)及結(jié)果
　　為了解優(yōu)化后的支護(hù)系統(tǒng)的支護(hù)效果，按照上述的巷道支護(hù)方案在禾草溝一礦15214回風(fēng)巷施工后，分別對(duì)巷道兩幫和頂板的變形量進(jìn)行長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)，記錄數(shù)據(jù)后對(duì)其進(jìn)行處理，繪制變形量隨時(shí)間變化的曲線，監(jiān)測(cè)的結(jié)果如圖2所示。巷道位移的監(jiān)測(cè)結(jié)果說(shuō)明，兩幫和頂?shù)装宓囊平吭谥ёo(hù)初期變形量增加較快，后期隨著時(shí)間的推移，變形量逐漸趨于穩(wěn)定狀態(tài)，其中頂?shù)装宓淖冃瘟孔畲?5mm，兩幫的變形量大于頂?shù)装宓囊平?，其最大?08mm，巷道斷面整體變形率控制在5%之內(nèi)，說(shuō)明該支護(hù)方案對(duì)巷道圍巖變形進(jìn)行了有效控制，維護(hù)了巷道的穩(wěn)定，滿足巷道斷面的設(shè)計(jì)要求和使用功能。