煤业轨道论文：煤业轨道下山支护技术实践诌议

作者：赵福贤 陈晓祥 单位：山西羊头岭南仙泉煤业有限公司 河南理工大学

目前，轨道下山采用综掘机掘进，对巷道围岩的扰动较小，但巷道围岩仍不可避免会受到掘进的扰动影响，另外，顶板水压对巷道围岩也产生一定的影响，加剧巷道顶板的破坏。在掘进扰动和顶板水压共同作用下，巷道支护难度进一步加大。④现有支护方式及支护参数不合理。由于顶板水的影响，巷道顶板无法安装锚索，因此，有些巷道已经开始采用工字钢棚式支护，工字钢支护方式落后，属于被动支护，支护能力小，从支护一开始就不能抑止巷道围岩的移动和变形，巷道围岩受到扰动后会导致巷道断面急剧减小，从而对生产和安全构成威胁。现有支护参数分析目前，该矿锚网、索支护参数不合理主要表现在以下几个方面：①钢筋梯子梁尺寸单一，不能适应不同条件的围岩，容易引起支护力下降或锚杆支护失效；②锚杆托盘参数不合理，锚杆支护系统整体刚度偏小，锚杆支护能力大打折扣；③锚索托盘尺寸偏小，厚度偏薄，且多处使用平托盘，锚索预紧力大，支护能力强的优点发挥不出来；④“三径”匹配不合理，锚固性能不可靠；⑤锚杆为端头锚固，锚杆两端之间的围岩存在的破裂面和弱面得不到有效控制，很难保证围岩稳定，如锚固端围岩发生变形或者错动，易导致锚杆支护失效；⑥锚杆安装机具不到位，锚杆的预应力较小，不能充分发挥高强锚杆的作用，施工机具有待进一步完善。支护方法选择根据南仙泉煤业西采区轨道下山原设计及现场生产、地质条件调查、围岩结构详查，该矿已掘巷道中，部分巷道出现顶板下沉、底板鼓起，两帮煤体向巷道内鼓出等现象，说明巷道围岩已遭到部分破坏，特别是顶板已经产生部分离层，如果不采取措施加强支护和调整优化支护参数，将会造成巷道返修现象的出现，并影响巷道在服务期内的安全使用。大量工程实践表明［3］，单一的加固方法不能有效控制巷道围岩的长期蠕变及进一步破坏，为保证支护效果，确定轨道下山支护方案为：①顶板不出水段：采用锚、梁、网、索的联合支护方案；②顶板出水段：采用锚、梁、网联合支护，并大距离架设工字钢棚，然后喷浆封闭围岩的联合支护方案。高强锚杆、锚索加固的目的是对围岩周边加上强力的边界条件，使其具有较强的承载能力，充分发挥连续岩体自身的承载能力，进而抵抗应力重新分布过程中巷道围岩的变形移动；架设工字钢棚的目的是防止破碎围岩的瞬时突然塌落冒顶；采用两者的联合支护方式，可以补偿锚索无法安装地段的支护强度，有效控制围岩发生较大变形，保证巷道使用安全；喷浆的目的是封闭围岩，防止金属网和锚杆在淋水的影响下发生锈蚀、强度降低，并减少巷道淋水对行人、通车的影响。

轨道下山初步支护方案

顶板无水段原设计巷道断面为矩形，净宽3.2m，净高2.8m，净断面积8.96m2，由于巷道两帮和底板均为煤体，且巷道顶板围岩条件较差，本设计中考虑了一定预留变形量，巷道断面按3.4m×2.8m考虑。支护施工顺序为：掘、装、运煤、运料敲帮问顶临时支护打树脂锚杆孔安装树脂锚杆打锚索孔安装锚索。采用前探梁支设钢丝网或者钢丝网配合带帽点柱的方法进行临时支护，钢丝网采用8#铁丝编织而成，网孔40mm×40mm；为安装方便，将顶网和帮网分开制作，顶网规格为3600mm×900mm，帮网规格为2800mm×900mm，四边封闭，相邻钢筋网之间搭接100mm，帮顶钢丝网之间也搭接100mm，铁丝钮扣联结，网扣间距不大于200mm，每扣铁丝至少拧3圈以上。在巷道断面内一排布置13根锚杆，顶板锚杆钻孔间距约750mm，两帮锚杆钻孔间距800mm，顶帮排距均为800mm，树脂锚杆长度定为2400mm，钻孔深约2400mm，树脂锚杆布置。钢筋梯子梁采用φ12mm的钢筋自行制作，顶部梯子梁长度为3400mm，帮部长度为2800mm。高强树脂锚杆采用树脂加长锚固，选用2支低粘度锚固剂，锚固长度近1000mm。顶板锚杆预紧力矩不小于300N•m，两帮应不小于200N•m。拟在巷道断面内一排布置6根锚索，顶板锚索钻孔间距约2250mm，孔距两帮各约575mm，两帮锚索钻孔间距约1400mm，距顶、底各约700mm，锚索排距2400mm，与锚杆交错布置。顶板锚索长度7000mm，锚索直径17.8mm。为了能有效的将巷道帮部煤体固定在深部，帮部锚索长度定为5000mm，钻孔深约5000mm，锚索布置。锚索安装应力（预应力）为：顶板应不小于150kN，两帮应不小于100kN（可根据现场煤体锚固力小范围内调整）。需要注意的是，由于锚索的预紧力要大于锚杆，锚索张拉时锚杆的预紧力将会减小，因此，锚索张拉后要对锚杆进行二次紧固，预紧力矩必须满足设计要求。顶板出水段支护施工顺序为：掘、装、运煤、运料敲帮问顶临时支护打树脂锚杆孔安装树脂锚杆架设工字钢棚巷道表面喷浆封闭围岩。因为顶板出水，无法安装锚索，为补偿巷道支护强度，架设11#矿用工字钢棚，以防顶板突然垮落冒顶。工字钢棚的支护排距，暂定为1600mm，与锚杆交错布置。相邻两架工字钢之间用木楔进行背顶，木楔必须紧贴围岩，不得松动或空顶，并且要平行于巷道的中线。工字钢棚架设完成后，对巷道表面进行喷浆，喷层厚度为100mm，最低不能低于80mm。喷层封闭围岩表面区、淋水裂隙区等，其目的是封闭围岩，防止钢筋网和锚杆在淋水的影响下发生锈蚀、强度降低，并减少巷道淋水对行人、通车的影响。

支护效果

西采区轨道下山实际地质条件复杂，巷道大部分为托夹矸掘进，直接顶比较破碎，施工期间迎头压力显现明显。顶板无水段对原支护参数进行了大范围调整和修改，通过近几个月的锚杆拉拔试验和变形观测，锚杆拉力均达到140kN以上，巷道顶底板及两帮平均变形量≤20mm，巷道整体稳定性强；顶板有水段在对原有锚杆支护参数进行调整的基础上，增加了工字钢棚加强支护，并进行喷浆封闭围岩的支护措施，锚杆拉力均达到120kN以上，巷道顶底板及两帮平均变形量≤30mm，巷道杜绝了明显的喷体开裂、掉渣现象，支护效果较好。

结论

由于西采区轨道下山处在顶板涌水量较大，水源、水量不明确，围岩岩性不一致、变形不均匀，巷道掘进扰动和顶板水压加剧了巷道围岩岩性的弱化，以及现有支护方式及支护参数不合理等不利条件，要使锚杆-锚索协调支护，正确设计锚杆锚索的预紧力十分重要，锚索张拉时锚杆的预紧力将会减小，锚索张拉后要对锚杆进行二次紧固；采用高预应力高强锚杆-锚索协调支护后对西采区轨道下山巷道围岩变形控制效果明显，优化后的支护参数对轨道下山围岩变形的控制效果良好，能保证巷道在服务期内的安全使用。另外，提高队伍素质，严控施工质量非常必要。良好的施工质量，能够充分发挥高强锚网支护材料的支护性能，保证支护强度，达到理想的联合支护效果。