泥质顶板巷道掘进围岩控制技术研究

泥质顶板巷道掘进围岩控制技术研究

田鑫

陕西彬长胡家河矿业有限公司，陕西 长武县 713600

摘要：为了确定泥质顶板巷道围岩合理的支护体系，针对胡家河矿围岩具体的地质情况进行了分析，详述了泥质顶板巷道锚杆支护设计原则。确定了在不同情况下的巷道支护形式和参数。根据现场围岩变形情况采用十字布点法在巷道开口处设置两处测站，测站间距50m。采用锚网索联合支护后。泥质顶板巷道变形约30d趋于稳定。支护优化方案有效控制了巷道围岩变形，支护效果较好。

关键词：泥质顶板；支护体系；监测；围岩控制

1 工程地质

陕西彬长胡家河矿业有限公司开采4#煤层，矿井402104工作面泄水巷，该工作面对应地表位于彬县鲁家河，整体为相对宽缓的黄土台塬，北部和南部边缘为沟壑地貌。地表为小块旱地及经济林交替配置。工作面煤层底板埋深640～675m，最深处在中部。在工作面塌陷影响范围有鲁家河村部分住户，均已搬迁。工作面掘进范围内无河流分布，不会对巷道掘进造成影响。泄水巷北侧为402103工作面积水区；西侧为402103回风巷，该工作面已于2016年12月回采结束；东侧为402104工作面回风巷，为已掘巷道；南侧为中央大巷保护煤柱。

402104工作面泄水巷从联巷拐点里程270m开始施工，巷道为矩形断面，采用锚网索喷联合支护。净宽4400mm，净高3200mm，S净=14.08m2，掘宽4600mm，掘高3500mm，S掘=16.1m2；水沟尺寸为：300×300mm（宽×深），由于巷道顶板为泥岩，围岩强度差，遇到水膨胀，导致顶板围岩变形严重。

2 泥质顶板巷道锚杆支护设计原则

（1）一次支护原则

锚杆支护要避免二次或多次支护，应尽可能一次支护就能有效控制围岩变形。这是实现矿井高效、安全生产的要求，为采矿服务的巷道和硐室等工程，需要保持长期稳定，不能经常维修；另一方面，这是锚杆支护本身的作用原理决定的。巷道围岩一旦揭露立即进行锚杆支护效果最佳，而在已发生离层、破坏的围岩中安装锚杆，支护效果会受到显著影响。

（2）高预应力和预应力扩散原则

预应力是锚杆支护中的关键因素，是区别锚杆支护是被动支护还是主动支护的参数，只有高预应力的锚杆支护才是真正的主动支护，才能充分发挥锚杆支护的作用。一方面，要采取有效措施给锚杆施加较大的预应力；另一方面，通过托板、钢带等构件实现锚杆预应力的扩散，扩大预应力的作用范围，提高锚固体的整体刚度与完整性。

（3）“三高一低”原则

即高强度、高刚度、高可靠性与低支护密度原则。在提高锚杆强度（如加大锚杆直径或提高杆体材料的强度）、刚度（提高锚杆预应力、全长锚固），保证支护系统可靠性的条件下，降低支护密度，减少单位面积上锚杆数量，提高掘进速度。

（4）临界支护强度与刚度原则

锚杆支护系统存在临界支护强度和刚度，如果支护强度与刚度低于临界值，巷道将长期处于不稳定状态，巷道围岩变形和破坏得不到很好的控制。因此，设计锚杆支护系统的强度与刚度应高于临界值。

（5）相互匹配原则

锚杆各构件，包括托板、螺母、钢带等的参数和力学性能应该相互匹配，锚杆与锚索的参数与力学性能应相互匹配，最大限度地发挥锚杆支护的整体支护作用。

（6）可操作性原则

锚杆支护设计方案应该有可操作性，有利于施工管理和掘进速度的提高。

（7）安全经济原则

在保证巷道围岩支护效果与安全程度，技术上可行、施工上可操作的条件前提下，尽量做到经济合理，有利于降低巷道支护综合成本。

3泥质顶板巷道锚杆、锚索支护及喷浆参数

3.1顶板支护

采用7孔W钢带，规格为4400×280×3mm（长×宽×厚），锚索规格为φ15.24×3500mm锚索，间排距700×800mm，每排锚索为7根，每孔用K2360型和Z2360型锚固剂各1支。顶部网片采用φ6×900×1700mm钢筋焊网,网片搭接长度100mm，使用16#双股铁丝隔孔相连，绑扎间距200mm。

顶部锚索支护：顶部采用1×19股φ21.8×7100mm钢绞线，“4-4”布置，间排距1200×800mm，每根锚索使用规格为300×300×16mm碟形托盘和KM22型锁具进行固定，每孔装入1支K2360型和2支Z2360型树脂锚固剂。施工过程中，如遇围岩破碎或进入到破碎带时，需增设锚网索加强支护。

3.2两帮支护

帮部锚索支护：采用φ15.24×3500mm钢绞线，“5-5”布置，间排距700×800mm，每孔用K2360型和Z2360型树脂锚固剂各1支；帮部网片采用规格为1000×3700mm的菱形铁丝网,搭接长度为100mm，使用16#双股铁丝隔孔相连，绑扎间距200mm，网片搭接一格，每隔两格连网一道，双排连网，铁丝扭结三圈。每帮上部3个锚索配套使用1800mm×800mm异形钢带，下部2根锚索配套使用1000mm×800mm异形钢带。（图1 为402104工作面泄水巷永久支护断面图）。

3.3表面喷浆

泄水巷需采取全断面喷射混凝土封闭，设计方案中喷射混凝土强度是C20，喷射混凝土配比为：水泥∶砂子∶石子=1∶2∶2。刚开始喷时可适度减少石子掺量。水灰比为0.4~0.5。原材料按照重量计，称量的允许偏差值：水泥和速凝剂均为2%，砂子和石子均为3%。设计方案中喷浆厚度为100mm，一次喷射混凝土厚度为50～70mm，并要及时复喷，复喷间隔时间不得超过2个小时。否则应用高压水重新冲洗受喷面。

图1支护断面图

4 矿压监测分析

为了系统检查巷道锚杆支护工作情况，实时监测巷道变形状况，从而确定巷道的稳定程度，来采取适当的处理措施。根据现场围岩变形情况在巷道开口60m和100m处设置两处测站，测试断面布置的当天进行第一次测量，以后每天观测一次，20d后每3d观测一次；图2是巷道围岩变形观测数据图。

通过图2可看出，采用该支护方案之后，泥质顶板巷道变形约30d趋于稳定。30d内巷道顶底板平均变形量约0.38mm/d，巷道两帮平均变形量约0.65mm/d，顶板泥质岩厚地质环境不好的地段变形相对较大，持续60d左右趋于稳定，最终巷道两帮最大变形量约为155mm，顶底板最大变形量约为60mm，目前泥质顶板巷道维护状况良好。

图2巷道围岩变形观测数据

参考文献：

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作者简介：田鑫(1991-），男，汉族，陕西省铜川市，本科，现陕西彬长胡家河矿业有限公司综掘一队副队长。