暗斜井新型支护方案的应用研究

2021-03-13武成浩

山东煤炭科技 2021年2期

武成浩

（晋城无烟煤矿业集团金成矿山建筑工程有限责任公司，山西晋城 048000）

岳城矿材料暗斜井延深段总长113 m，其中延深段长度为93 m，井底加宽段长度20 m，断面均为半圆拱形。材料暗斜井延深段断面净宽3.8 m，毛宽4.0 m，净高3.5 m，毛高3.6 m，墙高1.6 m，净断面积11.75 m2，毛断面积12.68 m2，下山方向左帮墙体基础100 mm，右帮墙体基础300 mm，右帮施工有水沟及台阶。材料暗斜井延深段井底加宽段断面净宽5.5 m，毛宽5.7 m，净高4.35 m，毛高4.45 m，墙高1.6 m，净断面积20.67 m2，毛断面积21.87 m2。

为了确保井下施工安全，在施工过程中通常采用全永久支架支护方案[1]。但该方案支护时需要多人同时作业，而且在碎裂带还需要采用加密支护的方案，支护结构复杂，支护效率低，严重影响暗斜井掘进效率。结合井下材料暗斜井的实际地质情况，在充分考虑掘进安全和效率的基础上，提出了锚、网、喷组合支护系统补强支护的方案，有效解决了支护效率和支护强度的冲突。自该方案应用以来，支护效率提升37.2%，支护强度提升2.6%。目前该方案已经在岳城矿得到了广泛的应用，取得了极好的效果。

1 锚、网、喷组合支护工艺方案

为了克服传统全永久支护方案下支护过剩、支护效率低、转移困难等难题，结合材料暗斜井延深段实际地质情况和巷道掘进需求，提出了采用锚杆、网片、喷浆固化相结合的组合支护工艺方案[2]。方案如下：

锚杆布置：每排垂直巷道轮廓线均匀布置11 根锚杆，锚杆间距为0.9 m，排距为1.0 m，起锚高度0.3 m。具体布置方式为：在拱顶中间竖直布置1 根，从中间向两侧以900 mm 间距垂直巷道轮廓线分别均匀布置3 根锚杆；在巷道帮部每排每帮分别布置2 根锚杆。锚杆采用MSGLW-400-22/2200 型的高强度螺旋钢锚杆，托盘采用配套的150 mm×150 mm×6 mm 拱形高强度托盘。锚杆锚固方式为树脂加长锚固，锚固长度为1675 mm，采用一支规格为K2335（先放）和一支规格为Z2360（后放）的树脂锚固剂，锚杆锚固力不小于150 kN，预紧力矩不小于400 Nm，锚杆螺母以外外露长度为10～50 mm。帮部支护可滞后工作面3 m，帮部底锚杆可滞后工作面20 m。

锚索布置：在巷道拱顶中间布置一根锚索，锚索排距为2.0 m。锚索采用规格为SKP22-1/1720 型的锚索，索体为高强度低松弛钢绞线，长度7.3 m，公称直径22 mm，锚索托盘采用300 mm×300 mm×16 mm 的钢板及配套锁具。锚索锚固方式为端锚，采用一支规格为K2335（先放）和两支规格为Z2360（后放）的树脂锚固剂。钻孔直径30 mm，孔深控制在7050～7100 mm，锚固长度为2300 mm，锚索外露长度索具外小于300 mm，锚索预紧力不小于250 kN。锚索安装角度与顶板垂直。

网片采用10#铁丝编织而成的经纬网，网孔为50 mm×50 mm，网片采用搭接形式，搭接长度为100 mm，并用16#双股联网丝每隔100 mm一道联紧，扭结圈数不少于2 圈。该组合支护结构如图1。

图1 优化后的巷道顶板支护方案示意图

喷浆分为初喷和复喷，均采用强度等级为C20的混凝土，喷浆厚度不低于100 mm。C20 喷射混凝土：水泥采用标号不低于42.5#普通硅酸盐水泥，且无受潮结块现象；石子采用粒径5～10 mm 的清洁石子；砂子采用粒径0.5～2 mm 的中粗黄砂，无杂物；速凝剂采用有出厂检验合格证的完好不结块的速凝剂。C20 混凝土配合比（质量比）水泥:砂:石子=1:2:2，速凝剂的掺量为水泥的4%～6%。

巷道拱部初喷可滞后工作面6 m，帮部初喷可滞后工作面不大于20 m，待巷道施工完毕后或根据生产组织条件进行复喷成巷。喷浆结束后两小时内开始进行洒水养护，每天必须进行洒水养护3 次，养护时间为1 周。

采用锚、网、喷组合支护工艺方案的主要优点在于能够根据巷道实际情况选择不同的加强工艺方案，灵活性高，而且由于在稳定区域采用机械化的网片布置和喷浆加强方案，无需进行永久支护设备布置。根据在材料暗斜井延深的实际应用，采用该方案后的支护效率提升了27.6%，作业人员可降低45.4%，支护完成后的巷道稳定性并未受到影响，能够满足在巷道掘进过程中的稳定性需求。

2 巷帮支护方案

锚杆采用MSGLW-400-22/2200 mm 高强度螺纹钢锚杆，托盘采用配套150 mm×150 mm×10 mm 拱形高强度托盘。锚杆锚固方式为树脂加长锚固，锚固长度不小于1208 mm，采用一支规格为MSK2335（先放）和一支规格为MSZ2360（后放）的树脂锚固剂，锚杆锚固力不小于120 kN，预紧力矩不小于350 Nm，锚杆螺母以外外露长度不大于50 mm，不小于10 mm。锚索采用SKP22-1/1720/7300 型，长度7.3 m，公称直径22 mm，索体为高强度低松弛钢绞线。锚索托盘采用规格为300 mm×300 mm×16 mm 的钢板及配套锁具。锚索锚固方式为端锚，采用一支规格为MSK2335（先放）和两支规格为MSZ2360（后放）的树脂锚固剂，锚索锚固力不小于250 kN。钻孔直径为30 mm，孔深控制在7050～7100 mm，锚固长度为2300 mm，锚索外露长度索具外小于300 mm。网片采用JW10/50×50-1.2×10 型的经纬网，10#铅丝编织而成，网孔规格为50 mm×50 mm，网片采用搭接形式，搭接长度为100 mm，并用16#双股联网丝每隔100 mm 一道联紧，并且扭结圈数不少于2 圈。锚杆布置时每排11 根锚杆，排距为1000 mm，间距为1000 mm。锚杆安装角度全部与巷道轮廓线垂直。

锚索布置时每排正拱顶布置1 根锚索，排距为2000 mm，该组合支护方案能够显著提升巷帮支护的安全和稳定性。

3 喷浆加强要点

在实际操作过程中为了确保喷浆的均匀性和喷浆质量，需要特别注意喷射时喷头移动方式[3]，可先向受喷的刚性岩面用左右或上下移动的扫射方式喷一薄层，形成一薄塑性层，然后在此薄层上以螺旋状一圈压半圈，沿横向作缓慢的划圈运动，划出的圆圈直径一般以150 mm 为宜，喷射顺序应先墙后拱，自下而上，以防止混凝土因自重而产生裂缝和脱落，墙基脚要喷严喷实，拉开区段，顺次喷完半边巷道，然后调转喷头喷另半边巷道，最后合拢收顶。若遇光滑岩面，可先薄薄喷上一层砂浆，形成粗糙表面，间隔一段时间后再喷射。遇有钢筋时，应采用近距斜向和快速“点射”的方式喷射，以保证钢筋后面喷射密实不留空隙。

喷头一般距喷射点1.2 m，若距离过大，会使喷射料束分散，以致射捣无力，影响喷射层质量和增加回弹量；若距离太近，会引起灰浆回溅，回弹剧增。喷头与喷射点的角度在喷射两帮时，由下而上喷射，喷混凝土可将喷头下俯10°～15°，喷浆时可将喷头下俯5°～10°，其他方向始终要求喷头的喷射方向垂直于受喷面。

4 应用效果

材料暗斜井延深段在采用新型联合支护工艺后，在顶板处设置位移监测装置，对巷道顶板的下沉量进行监测，结果如图2。

由图2 可知，采用新的联合支护结构后，充填体一侧顶板的下沉量先升高，然后在距离工作面140 m 处下沉量达到最大值约为260 mm。巷帮侧顶板的下沉量是先增加，然后在距离工作面约100 m处开始处于稳定状态，最大下沉量约为150 mm。根据对应用以来支护情况的分析，岳城矿井下支护效率提升37.2%，支护强度提升2.6%，显著提升了煤矿井下的支护效率和安全性。