锚网索喷与U型钢可缩性金属支架联合支护方式在采空区下机头硐室大断面施工中的实践应用

2015-07-24钱义楠新疆伊宁潘津工业煤矿

科学中国人 2015年32期

钱义楠新疆伊宁潘津工业煤矿

钱义楠
新疆伊宁潘津工业煤矿

本文主要结合潘津工业煤矿当前地质条件、围岩情况介绍了我单位掘进巷道在穿过煤（岩）层、采空区下等特殊地段时，采用锚网索喷与U型钢可缩性金属支架联合支护工艺实践，通过对各种支护工艺的密切、有效结合，快速、有效解决了复杂底段下的支护问题，保证了施工安全，确保了巷道后期稳定性，为类似巷道的支护提供有益的借鉴和参考依据。

锚网索喷；U型钢可缩性金属支架；联合支护；大断面施工

一、概述

潘津工业煤矿二采区可采煤层为23～25#煤层，煤层厚度12.49～20.87m，平均厚度17.03m，与26#煤层间距1.97～3.52m，属较稳定的厚煤层，二采区为一单翼采区，采区走向长0.6～1.2km，倾斜宽0.3～0.5km，面积约0.5km2，采区设计生产能力0.9Mt/a。

根据煤层顶底板条件及生产情况，通过与设计院结合，沿23～25#煤层布置采区轨道、运输和回风三条下山，巷道均沿煤层底板布置。二采区轨道下山通过采区上部车场与+730m井底车场巷道连接，胶带运输下山通过井底煤仓与主斜井连接，回风下山与现有22#煤采区回风石门连通，形成完善的运输、行人和通风系统。

二采区胶带输送机机头硐室由主体巷道、驱动硐室、电控硐室、电控硐室通道等组成，布置在23～25#煤、26#煤层中，总施工长度为106.3m。主体巷道、驱动硐室、电控硐室、电控硐室通道巷道断面均为直墙半圆拱，其中主体巷道断面净宽5000mm，净高4500mm，巷道断面较大。胶带输送机机头硐室设计底板标高为+ 734.0m，对应地面标高为+816.m。通过钻探探明胶带输送机机头硐室上部老窑采空区底板标高为+747.m，且老窑采空区地质资料不详。

根据资料得出，二采区胶带输送机机头硐室顶板标高与原老窑采空区底板标高高差约为8.0m，围岩情况不稳定；胶带输送机机头硐室顶板标高与对应地面标高高差约为77.0m，煤层埋藏较浅、顶板管理难度较大。采取何种科学、合理、有效、安全的支护方案是一大难题，经过多次论证、反复研究，通过锚杆对围岩松动圈内的围岩顶板进行组合梁加固支护，再将预应力锚索锚固到顶板深部，利用预应力锚索的高承载力对巷道顶板进行锚固支护，使顶板在锚杆支护下形成组合梁的作用得到加强，将锚网支护形成的次生承载层与围岩的坚固承载层相连，阻止次生承载层失稳引起顶板垮落。锚杆与其穿过的岩体形成承载加固拱，喷射混凝土层封闭围岩，防止风化剥落，和围岩结合在一起，对锚杆间的表面岩石起支护作用，加固和提高岩石拱的承载能力。同时，选择适用于地压大、地压不稳定和围岩变形量大巷道的拱形可缩性金属支架，以加强支架沿巷道轴线方向的稳定性。

最终，决定采用高强锚杆+钢筋网+预应力锚索+喷射混凝土支护进行支护管理，为加强支护，再采用架设U型钢可缩性金属支架支护作为补充支护。该段巷道顶板管理的复杂性及支护工作的难度，在我单位施工的巷道中时绝无仅有的。

二、永久支护方案确定

1、该巷道全断面采用Ф20×L2500mm高强锚杆，间排距为800×800mm，起锚高度不大于400mm。每根锚杆使用MSCK2350与MSK2350型树脂锚固剂各一支，铁托盘规格为150×150×8mm，螺母扭矩不小于150N·m，要求高强锚杆托盘紧贴岩面。高强锚杆外露长度为+10～+40mm，锚杆间排距允许误差为±100mm，锚杆角度≥75°，要求高强锚杆安装牢固，托盘密贴岩面。

2、全断面铺设钢筋网。钢筋网规格为长×宽为2000× 1000mm，网格规格为100×100mm，采用Ф4.0mm钢筋双面焊接。钢筋网搭接长度为100mm，每200mm使用双股14#铁丝三花连接，扭转不少于3圈，网片距底板高度不大于100mm，要求网间压接牢固，并压实。

3、全段面喷射混凝土支护。采用强度等级为32.5的复合硅酸盐水泥，石子粒径为5～10mm。喷浆厚度为200mm，喷射混凝土强度等级为C20。水泥、水洗沙、米石的重量配比为1：2：2，速凝剂掺量为水泥重量的3%～5%，喷浆基础深度为100mm。巷道每25m施工一组观测孔，每组观测孔打3个（两帮起拱线位置各一个、顶部中心一个）且均匀布置。

4、架设29 U型钢可缩性金属支架。支架材质为20MnK，支架半径为2500mm，搭接长度为500mm，支架排距为800mm，卡缆螺栓扭矩大于150N·m，要求U型钢支架、卡缆、螺栓、拉杆等材质、规格、强度符合规定。

5、施工期间、预应力锚索沿巷道施工方位左、右偏移巷道中心线1300mm各布置一排（三花布置），间距为3200mm，锚索采用规格为Φ15.20mm的钢绞线加工，拉伸强度为1860Mpa，破断负荷为275KN，伸长率Lo≥4.3%，松弛率≤2.5%，长度为7300mm，外露长度为+150～+250mm。每根锚索使用MSCK2350与MSK2350型树脂锚固剂各两支（MSCK2350型锚固剂在上，MSK2350型锚固剂在下），钢托盘规格为300×300×12mm。

6、高强锚杆使用LDZ-200型锚杆拉力计（额定压力55MPa，额定张拉力200kN）测试时，压力表读数不小于19MPa。使用扭矩扳手测试Ф20×L2500mm型高强锚杆时，扭紧力矩读数不小于150N· m。

7、锚索采用MS15-180型锚索张拉器加压锚索时，压力表读数不小于31.5MPa。顶板完好时锚索滞后迎头不得大于2000mm，遇顶板破碎，地质结构不稳定等情况时要求锚索紧跟迎头。

8、当顶板完好时，每循环进尺1600mm，当煤体较软或顶板较破碎时，采取“短掘短支”的施工方法，缩小循环距为0.8m,两帮支护紧跟工作面。掘进过程中巷道先初喷，待机头硐室施工完毕后，搭设脚手架架设U型支架，待U型支架架设完毕后再次喷浆。