超千米大断面峒室群穿层锚网索注组合支护技术

李涛　盛丹丹

摘 要：根据地质条件，分析了峒室群支护特点和难点，提出了支护系统的设计原则，研究了关键技术，实现了峒室群支护的安全、经济、可靠和快速的目标。

关键词：超千米；大断面；峒室群；组合支护

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.04.112

1 矿井概况及地质构造

陈蛮庄煤矿煤层埋深达到580m～1460m，3400采区泵房变电所及水仓布置在-1140～-1148m标高范围，地应力大，穿3煤施工、受构造、褶曲影响严重，巷道掘进支护困难。地层区域上属华北地层大区晋冀鲁豫地层区鲁西分区济宁小区，区内皆被厚约400～700m的第四系和新近系覆盖，无基岩露头。该区地层从老到新发育前寒武系、寒武系、奥陶系、石炭系、二叠系、侏罗系、古近系、新近系及第四系。3煤为焦煤，总厚度为4.0m，煤层结构简单，煤层倾角在15-24度，平均20度，煤层普氏硬度系数f=0.18。根据前期物探资料及巷道掘进实际揭露，煤岩层为单斜构造，煤岩层倾角15°～24°，平均20°。该巷道掘进范围位于一处3煤异常区内，根据3400回风下山、3404胶带顺槽及其它巷道实际揭露地质资料，3煤异常区主要表现在3煤厚度异常区范围内逐渐变薄、分层、顶板较破碎、局部顶板有淋水。

2 峒室群支护条件和特点

2.1 地质采矿条件特点

区域第四系和第三系地层厚度大，达600多米；煤田普遍埋深大，深部采区达580～1460m；地质条件复杂、顶板易风化，巷道易变形。峒室围岩破碎；峒室断面大（荒4900×5850mm，净4500×5550mm）。

2.2 峒室支护难点

地压大，变形大，要求锚杆系统必须有足够的变形让压能力和强度； 必须及时控制峒室的初期变形，要求支护系统必须有足够的安装载荷；峒室围岩为泥岩、粉砂岩和3煤组成，软弱破碎，岩体强度较低；峒室过煤层、断层顶板破碎不易支护。

2.3 峒室群巷道布置

3400泵房、变电所、水仓大断面峒室群设计总长度430米。

3 支护系统的设计原则

根据陈蛮庄煤矿的顶板岩层条件，为了保证峒室顶板的稳定性，支护系统应满足下列条件：

（1）安装应力（预应力）：锚杆安装应力（预应力）对主动支护体系-锚杆支护系统来说非常关键的，锚杆支护系统必须有充足的安装应力能够防止顶板离层和松动圈的进一步发展。尽可能的控制顶板的早期变形。（2）锚杆的长度：锚杆的长度应保证锚固在松动圈外的稳定围岩中。（3）锚杆的强度：锚杆的强度应保证支护系统在峒室使用期间不破坏。（4）支护系统的可靠性：陈蛮庄煤层埋深大，在峒室掘进施工过程中，经常发生动力现象。因此所确定的支护系统不仅应具有足够承载静压力的能力，而且还应该具有承载动载荷的能力。（5）安全性：支护系统必须确保现场施工人员的安全和顶板控制的安全。（6）支护系统的有效性：支护系统必须确保能够有效的控制峒室变形，确保峒室的安全使用。

4 关键技术

4.1 峒室及通道正常施工支护方式

采用锚网索喷（双层钢筋网）作为永久支护，分两次进行支护：第一次初喷30-50mm，铺设直径6mm冷拔钢筋焊制的金属网，锚杆间排距为800×800mm，后进行复喷，复喷厚度50-80mm。然后进行第二次支护，铺设直径6mm冷拔钢筋焊制的金属网统一找形，第二次铺网后打设锚杆间排距800×800mm，打设在第一次施工锚杆的对角线处。锚索间排距1800mm×1600mm，锚杆、锚索全部打设完成后再次喷浆，喷浆厚度50-80mm，喷砼强度C20，喷浆总厚度200mm。

4.2 峒室及通道穿煤层施工支护方式

采用锚网索喷（双层钢筋网）作为永久支护，分两次进行支护：第一次初喷30mm，铺设直径6mm冷拔钢筋焊制的金属网，锚杆间排距均为600×600mm，后进行复喷，复喷厚度50mm。然后进行第二次支护，铺设直径6mm冷拔钢筋焊制的金属网统一找形，第二次铺网后打设锚杆间排距600×600mm，打设在第一次施工锚杆的对角线处。锚索间排距1600mm×1200mm；第一根布置在巷道正拱顶处。锚杆、锚索全部打设完成后再次喷浆，喷浆厚度70mm，喷砼强度C20，喷浆总厚度150mm。

4.3 注浆锚索加固支护技术

巷道拱顶及两墙自正拱顶向下呈放射形对称布置注浆锚索（详见各断面支护图），中空注浆锚索型号为?22×6300mm，锚索钻孔孔径?32mm，孔深为6000mm。巷道底板支设浅孔注浆锚杆、深孔注浆锚索加固，孔深2000mm，深孔注浆深孔锚索孔深6200mm。

5 支护创新性

（1）围绕解决深井超千米高地压大倾角不稳定围岩峒室群支护问题，国内首创研究应用了超强预应力锚杆、锚索及喷浆双层支护、注浆锚索加固联合支护技术体系；（2）解决了单县煤田和类似地质采矿条件下深井超千米高地压大倾角不稳定围岩峒室群穿层施工的支护技术问题；（3）该项目研究应用的支护方式简单可靠，减轻了工人的劳动强度，降低了支护成本，保证了安全生产，具有显著的经济效益和社会效益；（4）对鲁西南深井高地压破碎围岩峒室群支护技术具有实际指导意义。

6 主要技术成果

（1）应用领域和技术原理：鲁西南矿区厚冲积层深井、高地压、软岩层、穿层、峒室群支护领域。采用超强预应力锚杆、锚索及喷浆双层支护、注浆锚索加固技术，解决鲁西南煤田深井、高地压、软岩层、穿层、峒室群支护问题；（2）成果的创造性、先进性：项目首次在深井、穿层峒室支护中，应用了超强预应力锚杆、锚索及喷浆双层支护、注浆锚索加固联合支护技术，该组合支护技术为国内首创，综合经济效益显著；（3）作用意义：该项目有效解决了山东单县煤田超千米深井破碎围岩峒室的支护问题，具有显著的经济效益和社会效益；（4）推广应用的范围、条件和前景：该项目获得的技术成果在山东单县煤田和类似地质采矿条件下的深井、高地压和穿煤层峒室支护方面具有良好的推广应用前景。

7 结语

从系统设计、现场测试、系统评价到应用效果分析，通过现场应用效果分析表明，该组合支护新技术实现了该地质条件下峒室支护的安全、经济、可靠和快速的目标。

作者简介：李涛（1985-），男，主要从事：专业技术工作。