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關于大斷面區(qū)段平巷礦壓顯現(xiàn)規(guī)律及支護技術
引言
隨著綜采設備的普及，工作面采高出現(xiàn)逐漸增大的趨勢，區(qū)段平巷的斷面也隨之增大，使工作面兩端區(qū)段平巷的礦壓顯現(xiàn)及支護都呈現(xiàn)出新的特點[1]。
內(nèi)蒙古某礦通過引進大采高智能化綜采配套設備，實現(xiàn)了7#、8#煤合并開采，采高范圍為4. 2~4. 5 m。另外，該礦10#煤采高一般為3. 5~4. 2m，區(qū)段平巷斷面大小都在20 m2左右。隨著采高的增加，斷面的變大，原有的礦壓顯現(xiàn)規(guī)律以及經(jīng)驗數(shù)據(jù)已經(jīng)不能有效指導區(qū)段平巷的支護設計。為重新確定較薄厚煤層礦壓數(shù)據(jù)并了解其規(guī)律，需對綜采工作面采場礦壓進一步研究，以便合理選擇順槽支護形式，保證綜采工作面正常生產(chǎn)。
1 巷道原有支護工藝及材料和缺陷
12211 工作面軌道順槽原始設計頂板采用錨桿+Φ14 mm 鋼筋托架+Φ17.8 mm 錨索+10#菱形金屬網(wǎng)的聯(lián)合支護方式，頂錨桿采用Φ20×2 400 mm 的螺紋鋼錨桿，間、排距1 050×900mm，每根頂錨桿用1 節(jié)K2355 和1 節(jié)Z2355 樹脂藥卷端頭錨固，經(jīng)實測錨固長度為1.2 m，頂錨桿的破斷力為188.4 kN；同時頂板采用錨索補強，每三排兩根，間排距為2100×2700 mm，錨索規(guī)格為Φ17. 8×6300 mm，破斷力為350 kN，使用2 節(jié)K2355 和1 節(jié)Z2355 樹脂藥卷錨固；兩幫采用Φ18×2400 mm的螺紋鋼錨桿，使用1 節(jié)K2355 樹脂藥卷錨固，間、排距1000×900mm，幫錨桿的破斷力為101.7 kN。經(jīng)計算原有支護強度為：支護強度頂板為0. 379MPa，兩幫為0.145MPa。針對2007 年6 月份掘進中出現(xiàn)的問題，認為在使用原有支護工藝及材料上存在以下缺點：
1)端頭錨固的工藝錨固力不能滿足該順槽頂幫壓力；
2)頂錨索間排距跨度較大，巷道角錨桿應改用角錨索；
3)右?guī)筒捎?Phi;18×2400 mm的螺紋鋼錨桿不能滿足該順槽受12209 工作面采空區(qū)的擠壓。
2 大斷面巷道支護技術的研究
2.1 巷道采用強力錨桿、錨索支護工藝及材料
1)強力錨桿、錨索支護材料。頂板采用樹脂全長錨固錨桿+鋼筋托架組合支護系統(tǒng)，每排再加三根錨索進行補強，角錨桿處使用Φ17. 8×8 000 mm 角錨索。
右?guī)?緊臨12209 采空區(qū))采用在Φ18×2 400mm 螺紋鋼錨桿基礎上順巷垂直煤幫打折線形幫錨索(Φ17. 8×6 300 mm)。煤柱采用Φ17. 8×6 300 mm、Φ17. 8×8 000mm、Φ17. 8×25 000mm 打折線形幫錨索。強力錨桿樹脂錨固劑型號分別為： Z2360、Z2860、K2335、K2835。
強力錨索樹脂錨固劑型號分別為： Z2360、Z2860、K2335、K2835(M25 錨索錨固劑為：XPM 固化劑)。
2)強力錨桿、錨索支護工藝。
a)頂板。錨桿形式和規(guī)格：桿體為25#左旋無縱筋螺紋鋼，公稱直徑25 mm，長度2. 4 m，極限拉斷力420 kN，屈服力為320 kN，延伸率18%。桿尾螺紋規(guī)格M27，采用滾壓加工工藝成型。錨固方式：樹脂全長錨固，采用3 支錨固劑， 1 支規(guī)格為K2835， 2 支規(guī)格為Z2860。
鉆孔直徑為34mm，錨固長度為2 200 mm。托板：采用拱型高強度托板，托板規(guī)格為150×150×12 mm。
錨桿角度：靠近巷幫的頂板錨桿安設角度為與垂線成15°。網(wǎng)片規(guī)格：采用金屬網(wǎng)護頂。
錨桿布置：錨桿間距1. 05 m，每排5 根錨桿，排距0. 9 m。錨索：錨索呈五花布置，錨固方式采用3 支錨固劑， 1 支K2355， 2 支Z2355。
錨索托板：采用規(guī)格為300×300×16 mm 的鋼板。
b)兩幫支護。錨桿形式和規(guī)格：桿體為18#左旋無縱筋螺紋鋼，長度2. 4 m，桿尾螺紋為M20。
錨固方式：樹脂全長錨固，采用兩支錨固劑， 1 支規(guī)格為K2335，另1 支規(guī)格為Z2360。
鉆孔直徑為28mm，錨固長度為1200 mm。
錨桿角度：靠近頂?shù)装宓南飵湾^桿安設角度為與水平線成10°。
網(wǎng)片規(guī)格：采用塑料網(wǎng)護幫。
錨桿布置：錨桿排距0. 9 m，間距1. 0 m，每排3 根錨桿。
幫錨索：順巷垂直煤幫打設成折線形，使用Φ17. 8? 300 mm 鋼絞線錨索(12211 軌道順槽強力錨桿支護材料清單見表1)。
c)煤體支護。
3#~5#、8#~10#橫貫：
錨索形式和規(guī)格：順巷垂直煤幫打設成折線形，使用Φ17. 8×8000 mm 鋼絞線錨索。
錨固方式：樹脂全長錨固，采用3 支錨固劑， 2 支規(guī)格為K2335，另1 支規(guī)格為Z2355。
6#~8#橫貫：
錨索形式和規(guī)格：順巷垂直煤幫打設成折線形，使用Φ17. 8×25000 mm 鋼絞線錨索。
錨固方式：XPM 水泥固化漿全長錨固。
2.2 應用情況及措施
通過使用強力錨桿、錨索，具體情況如下：
1)強力錨桿支護強度為：頂板0.47 MPa，兩幫0.195 MPa。與原有支護相比，頂板支護強度增加0. 038MPa，兩幫支護增加0. 05 MPa，提高了錨桿的組合作用和護頂護幫能力，增加了圍巖的穩(wěn)定性[6]。
2)對強力錨桿實施全長錨固，使煤體固為一體，提高錨固系統(tǒng)整體強度與剛度，增加錨固區(qū)抵抗變形的能力；同時提高了錨桿抗剪切力和抗壓能力。
3)使用風動扳手緊固錨桿，大幅度提高錨桿的預緊力，提高了錨桿控制圍巖的早期擴容與離層的能力，最大限度地保持錨固煤巖體的完整性和承載能力，避免了圍巖產(chǎn)生較大的變形。
4)減少了巷道的二次維護量及材料成本。
3 大采高工作面采動影響范圍研究
在多條巷道布置方式中，采面相鄰的煤巷一般要經(jīng)過掘巷、超前壓力、滯后壓力和二次采動等影響，影響強度與地質(zhì)條件、煤柱寬度和開采技術等因素[7]。通過對已采的12209、12210 工作面和正在回采的12211 工作面采動影響程度分析，發(fā)現(xiàn)工作面的超前壓力較小，但滯后壓力較大。巷道表面變形有如下趨勢。在工作面前方，巷道底鼓量、頂板下沉量和兩幫移近量都很小，分別占整個變形量的3. 2%、30%和1. 5%；工作面后方根據(jù)巷道變形程度可劃分為3 個區(qū)， 0~200 m 為變形加劇區(qū)，巷道底鼓量、頂板下沉量和兩幫移近量急劇增大，分別占整個變形量的82%、63. 6%和90%； 200~300 m 為變形趨緩區(qū)，三量分別占10. 7%、6%和5%； 300 m 以后為變形穩(wěn)定區(qū)，巷道表面變形基本趨于穩(wěn)定，此階段巷道三量分別占4. 1%、0. 4%和3. 5%。
4 結論
1)大采高工作面有較明顯的周期來壓現(xiàn)象，由于受到采場上覆巖層結構、強度、推進速度和地質(zhì)構造影響，來壓步距離散性較大，一般為10~25 m，動載系數(shù)為1. 98~2. 57 m。
2)及時支護和加快推進速度對防治煤壁片幫和冒頂，可收到良好效果。
3)當采面已發(fā)生冒頂時，可采取降低采高的方法處理，減少片幫，不宜留頂煤，但宜丟底煤。原因是老頂周期來壓時，所留頂煤會被壓碎，擴大冒頂程度。
4)大采高采動影響范圍與采高成正比，動壓區(qū)巷道表面位移一般分為3 個區(qū)段(加劇區(qū)、趨緩區(qū)和穩(wěn)定區(qū))，當工作面推過300 m，鄰巷表面位移才趨于穩(wěn)定。
5)煤巷采用強力錨桿、錨索全長錨固支護的方法是全錨支護工藝的改進，也是綜掘單進水平的前提條件，更是礦井安全生產(chǎn)的有力保障。
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[參考文獻] (References)
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[2] 高木福. 堅硬頂板處理步距的數(shù)值模擬[J]. 遼寧工程技術大學學報, 2006.10.
[3] 劉鵬. 基巖分層厚度對老頂初次來壓步距影響的數(shù)值模擬分析[J]. 西北煤炭, 2007.06.
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[5] 袁和生,煤礦巷道錨桿支護技術[M]. 北京,煤炭工業(yè)出版社,1997.
[6] 侯朝炯等,煤巷錨桿支護技術[M]. 徐州:中國礦業(yè)大學出版社,1999.
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