超千米大斷面峒室群穿層錨網索注組合支護技術

李濤　盛丹丹

摘 要：根據地質條件，分析了峒室群支護特點和難點，提出了支護系統的設計原則，研究了關鍵技術，實現了峒室群支護的安全、經濟、可靠和快速的目標。

關鍵詞：超千米；大斷面；峒室群；組合支護

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

1 礦井概況及地質構造

陳蠻莊煤礦煤層埋深達到580m～1460m，3400采區泵房變電所及水倉布置在-1140～-1148m標高范圍，地應力大，穿3煤施工、受構造、褶曲影響嚴重，巷道掘進支護困難。地層區域上屬華北地層大區晉冀魯豫地層區魯西分區濟寧小區，區內皆被厚約400～700m的第四系和新近系覆蓋，無基巖露頭。該區地層從老到新發育前寒武系、寒武系、奧陶系、石炭系、二疊系、侏羅系、古近系、新近系及第四系。3煤為焦煤，總厚度為4.0m，煤層結構簡單，煤層傾角在15-24度，平均20度，煤層普氏硬度系數f=0.18。根據前期物探資料及巷道掘進實際揭露，煤巖層為單斜構造，煤巖層傾角15°～24°，平均20°。該巷道掘進范圍位于一處3煤異常區內，根據3400回風下山、3404膠帶順槽及其它巷道實際揭露地質資料，3煤異常區主要表現在3煤厚度異常區范圍內逐漸變薄、分層、頂板較破碎、局部頂板有淋水。

2 峒室群支護條件和特點

2.1 地質采礦條件特點

區域第四系和第三系地層厚度大，達600多米；煤田普遍埋深大，深部采區達580～1460m；地質條件復雜、頂板易風化，巷道易變形。峒室圍巖破碎；峒室斷面大（荒4900×5850mm，凈4500×5550mm）。

2.2 峒室支護難點

地壓大，變形大，要求錨桿系統必須有足夠的變形讓壓能力和強度； 必須及時控制峒室的初期變形，要求支護系統必須有足夠的安裝載荷；峒室圍巖為泥巖、粉砂巖和3煤組成，軟弱破碎，巖體強度較低；峒室過煤層、斷層頂板破碎不易支護。

2.3 峒室群巷道布置

3400泵房、變電所、水倉大斷面峒室群設計總長度430米。

3 支護系統的設計原則

根據陳蠻莊煤礦的頂板巖層條件，為了保證峒室頂板的穩定性，支護系統應滿足下列條件：

（1）安裝應力（預應力）：錨桿安裝應力（預應力）對主動支護體系-錨桿支護系統來說非常關鍵的，錨桿支護系統必須有充足的安裝應力能夠防止頂板離層和松動圈的進一步發展。盡可能的控制頂板的早期變形。（2）錨桿的長度：錨桿的長度應保證錨固在松動圈外的穩定圍巖中。（3）錨桿的強度：錨桿的強度應保證支護系統在峒室使用期間不破壞。（4）支護系統的可靠性：陳蠻莊煤層埋深大，在峒室掘進施工過程中，經常發生動力現象。因此所確定的支護系統不僅應具有足夠承載靜壓力的能力，而且還應該具有承載動載荷的能力。（5）安全性：支護系統必須確?，F場施工人員的安全和頂板控制的安全。（6）支護系統的有效性：支護系統必須確保能夠有效的控制峒室變形，確保峒室的安全使用。

4 關鍵技術

4.1 峒室及通道正常施工支護方式

采用錨網索噴（雙層鋼筋網）作為永久支護，分兩次進行支護：第一次初噴30-50mm，鋪設直徑6mm冷拔鋼筋焊制的金屬網，錨桿間排距為800×800mm，后進行復噴，復噴厚度50-80mm。然后進行第二次支護，鋪設直徑6mm冷拔鋼筋焊制的金屬網統一找形，第二次鋪網后打設錨桿間排距800×800mm，打設在第一次施工錨桿的對角線處。錨索間排距1800mm×1600mm，錨桿、錨索全部打設完成后再次噴漿，噴漿厚度50-80mm，噴砼強度C20，噴漿總厚度200mm。

4.2 峒室及通道穿煤層施工支護方式

采用錨網索噴（雙層鋼筋網）作為永久支護，分兩次進行支護：第一次初噴30mm，鋪設直徑6mm冷拔鋼筋焊制的金屬網，錨桿間排距均為600×600mm，后進行復噴，復噴厚度50mm。然后進行第二次支護，鋪設直徑6mm冷拔鋼筋焊制的金屬網統一找形，第二次鋪網后打設錨桿間排距600×600mm，打設在第一次施工錨桿的對角線處。錨索間排距1600mm×1200mm；第一根布置在巷道正拱頂處。錨桿、錨索全部打設完成后再次噴漿，噴漿厚度70mm，噴砼強度C20，噴漿總厚度150mm。

4.3 注漿錨索加固支護技術

巷道拱頂及兩墻自正拱頂向下呈放射形對稱布置注漿錨索（詳見各斷面支護圖），中空注漿錨索型號為?22×6300mm，錨索鉆孔孔徑?32mm，孔深為6000mm。巷道底板支設淺孔注漿錨桿、深孔注漿錨索加固，孔深2000mm，深孔注漿深孔錨索孔深6200mm。

5 支護創新性

（1）圍繞解決深井超千米高地壓大傾角不穩定圍巖峒室群支護問題，國內首創研究應用了超強預應力錨桿、錨索及噴漿雙層支護、注漿錨索加固聯合支護技術體系；（2）解決了單縣煤田和類似地質采礦條件下深井超千米高地壓大傾角不穩定圍巖峒室群穿層施工的支護技術問題；（3）該項目研究應用的支護方式簡單可靠，減輕了工人的勞動強度，降低了支護成本，保證了安全生產，具有顯著的經濟效益和社會效益；（4）對魯西南深井高地壓破碎圍巖峒室群支護技術具有實際指導意義。

6 主要技術成果

（1）應用領域和技術原理：魯西南礦區厚沖積層深井、高地壓、軟巖層、穿層、峒室群支護領域。采用超強預應力錨桿、錨索及噴漿雙層支護、注漿錨索加固技術，解決魯西南煤田深井、高地壓、軟巖層、穿層、峒室群支護問題；（2）成果的創造性、先進性：項目首次在深井、穿層峒室支護中，應用了超強預應力錨桿、錨索及噴漿雙層支護、注漿錨索加固聯合支護技術，該組合支護技術為國內首創，綜合經濟效益顯著；（3）作用意義：該項目有效解決了山東單縣煤田超千米深井破碎圍巖峒室的支護問題，具有顯著的經濟效益和社會效益；（4）推廣應用的范圍、條件和前景：該項目獲得的技術成果在山東單縣煤田和類似地質采礦條件下的深井、高地壓和穿煤層峒室支護方面具有良好的推廣應用前景。

7 結語

從系統設計、現場測試、系統評價到應用效果分析，通過現場應用效果分析表明，該組合支護新技術實現了該地質條件下峒室支護的安全、經濟、可靠和快速的目標。

作者簡介：李濤（1985-），男，主要從事：專業技術工作。