1．概況
大同煤礦集團(tuán)公司塔山煤礦是近幾年發(fā)展起來的特大型現(xiàn)代化礦井，礦井設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力1500萬t/a，設(shè)計(jì)服務(wù)年限132年。主采煤層為石炭紀(jì)C3＃～C5＃合并層，煤層總厚1.63～29.41米，平均厚15.72米，屬特厚煤層。煤層裂隙發(fā)育，煤體松軟破碎，巷道容易發(fā)生冒頂事故。采用平峒、立井混合開拓方式，主井、副井為平峒，進(jìn)風(fēng)、回風(fēng)井為立井。
塔山礦特厚煤層采用綜合機(jī)械化放頂煤采煤工藝，準(zhǔn)備巷道和回采巷道均沿煤層底板掘進(jìn)，頂板煤層厚度較大，極難維護(hù)。巷道的掘進(jìn)速度和支護(hù)是影響礦井安全高效開采的關(guān)鍵。
2．巷道支護(hù)設(shè)計(jì)
2．1 設(shè)計(jì)方法
在綜合考慮支護(hù)安全、掘進(jìn)速度和支護(hù)成本的情況下，堅(jiān)持“三高一低”的支護(hù)原則，我們采用了動態(tài)信息設(shè)計(jì)法進(jìn)行設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)步驟：地質(zhì)力學(xué)調(diào)查測試→初始設(shè)計(jì)→礦壓監(jiān)測→信息反饋→修正設(shè)計(jì)。在施工地點(diǎn)地質(zhì)力學(xué)參數(shù)詳細(xì)調(diào)查測試的基礎(chǔ)上，結(jié)合大量工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，提出了巷道支護(hù)初始設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)內(nèi)容包括巷道支護(hù)形式確定，初始支護(hù)參數(shù)設(shè)計(jì)，支護(hù)材料選擇，施工機(jī)具設(shè)備配套，井下施工工藝，安全技術(shù)措施和礦壓監(jiān)測設(shè)計(jì)等。初始設(shè)計(jì)實(shí)施后，經(jīng)過了礦壓監(jiān)測數(shù)據(jù)的驗(yàn)證，并根據(jù)礦壓監(jiān)測數(shù)據(jù)所反饋的信息進(jìn)行了必要的修正，最后確定了巷道的支護(hù)設(shè)計(jì)。
2．2 理論依據(jù)
錨桿支護(hù)與其它支護(hù)型式相比具有明顯的優(yōu)越性，在錨桿支護(hù)的發(fā)展過程中，建立起了許多理論（如懸吊理論、組合梁理論、減跨理論等），每種理論都能夠在一定程度上解釋錨桿支護(hù)的作用，但都有一定局限性。那么，為什么會出現(xiàn)各種理論都能夠在一定程度上解釋錨桿支護(hù)而又都存在一定的缺陷呢？眾所周知，由于巷道的地質(zhì)條件不同，開掘后它的應(yīng)力分布就會不同，巷道的破壞形式也就不同，也就是說它的力學(xué)形態(tài)不同。不同的理論有不同的適應(yīng)條件，不同的條件就有不同的力學(xué)形態(tài)，不同的力學(xué)形態(tài)就應(yīng)該用不同的錨桿支護(hù)理論去解釋，不能一概而論，應(yīng)分類解決。
近年來，又建立起來了松動圈理論，當(dāng)巷道開挖后，打破了圍巖原有的三向應(yīng)力平衡狀態(tài)，圍巖中應(yīng)力重新分布，形成環(huán)向應(yīng)力集中。當(dāng)應(yīng)力集中超過圍巖強(qiáng)度后，巷道周邊巖石首先破壞，并逐漸向深部擴(kuò)展，直至在一定深度達(dá)到新的三向應(yīng)力平衡狀態(tài)為止，此時(shí)，圍巖中出現(xiàn)了一個(gè)破裂區(qū)——圍巖松動圈。
依松動圈大小將圍巖松動圈分為小松動圈（Lp≤40cm）、中松動圈（40cm＜Lp＜150cm）和大松動圈（Lp≥150cm）三大類。
①小松動圈圍巖，巷道變形和松動圈圍巖自重都比較小，不需要錨桿支護(hù)，久有一層噴射混凝土支護(hù)防危巖掉落和防圍巖風(fēng)化即可。
②中松動圈條件下，圍巖碎脹變形相應(yīng)增大，單一噴層將破裂或破壞，必須用錨桿控制圍巖變形。
③大松動圈圍巖屬軟巖范疇，支護(hù)時(shí)，充分發(fā)揮錨桿的擠壓加固作用，使錨桿群中的每根錨桿形成的錐形壓縮區(qū)彼此聯(lián)系起來，再配合錨索、鋼帶、金屬網(wǎng)、噴漿等聯(lián)合支護(hù)方式，使松動圈圍巖形成一個(gè)堅(jiān)固的整體來控制圍巖的變形和破壞。
根據(jù)以上理論分析，塔山礦特厚煤層巷道應(yīng)根據(jù)大松動圈理論來進(jìn)行支護(hù)設(shè)計(jì)。
2．3 設(shè)計(jì)實(shí)例
1070輔助運(yùn)輸大巷掘?qū)?/span>5.8m，掘高4.51m，沿煤層底版掘進(jìn)，采用了錨桿、錨索、金屬網(wǎng)、鋼帶、噴漿聯(lián)合支護(hù)方式。
錨桿：桿體采用22# 左旋無縱筋螺紋鋼，長度為3000mm，桿尾螺紋為M24mm。間距×排距=700×700mm，每排15根。樹脂加長錨固，采用兩支樹脂藥卷，一支規(guī)格為K2335，另一支規(guī)格為Z2360。鉆孔直徑為28mm，錨固長度為1200mm。采用拱型高強(qiáng)度托板，托板規(guī)格為150×150×10mm。
鋼帶：W形，厚度為3mm，寬度為150mm。
金屬網(wǎng)：網(wǎng)片規(guī)格為2100×1200mm，網(wǎng)孔規(guī)格100×100mm，搭接長度200mm。
錨索：單根鋼絞線，直徑為f17.8mm，長度為8300mm，加長錨固，采用三支樹脂藥卷，一支規(guī)格為K2335，三支規(guī)格為Z2360，錨固長度為2500mm。每3排錨桿布置5根錨索，排距為2100mm，錨索頭部設(shè)有樹脂藥卷攪拌頭，尾部配有高強(qiáng)度錨具，配套金屬托板規(guī)格為300×300×16×f22mm。
噴射混凝土：標(biāo)號大于C20，厚度100mm。配合比為：水泥：砂子：石子=1：2：2，水灰比為0.4～0.5，速凝劑摻量約為水泥重量的2.5%-4.0%。
1070輔助運(yùn)輸大巷聯(lián)合支護(hù)布置如下圖。
1070輔運(yùn)巷支護(hù)示意圖$Page_Split$
3．快速掘進(jìn)工藝
為了提高巷道掘進(jìn)速度，采取了以下施工工藝：
（1）采用S-200M大功率掘進(jìn)機(jī)組掘進(jìn)，全斷面一次截割成巷，SJ－80皮帶運(yùn)煤，直接運(yùn)出地面。
（2）用MYT-140液壓錨桿鉆機(jī)打錨桿眼，額定轉(zhuǎn)矩140N·M，最大推進(jìn)力17KN，提高了打眼速度。
（3）使用扭矩螺母，使攪拌樹脂藥與緊固螺母一次成功，大大縮短了錨桿的安裝時(shí)間。
（4）堅(jiān)持正規(guī)循環(huán)作業(yè)。
4．礦壓監(jiān)測
錨桿支護(hù)是一種隱蔽性很強(qiáng)的工程，必須進(jìn)行礦壓監(jiān)測，監(jiān)測主要包括以下內(nèi)容：
①頂板離層監(jiān)測
頂板離層監(jiān)測是最基本的監(jiān)測內(nèi)容，必須對離層監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄、繪制曲線圖，并分析、總結(jié)頂板變化規(guī)律，如發(fā)現(xiàn)頂板變化異常，必須采取措施。
切眼采用了頂板離層在線監(jiān)測與頂板離層指示報(bào)警綜合監(jiān)測，KGD－1－150型礦用頂板離層傳感器與頂板離層報(bào)警指示儀交錯(cuò)布置在切眼頂板寬度的中部，間距為30m。
②錨桿受力監(jiān)測
采用CM-1型測力錨桿監(jiān)測頂板錨桿受力，在施工時(shí)，將正常安裝的錨桿換成測力錨桿。每隔7m布置1組測力錨桿，每組3根，分別布置在巷道頂板和兩幫。
③錨桿、錨索應(yīng)力檢測
采用MJ-40錨桿和MCJ-60錨索測力計(jì)，安裝在托板與圍巖之間。錨桿測力計(jì)每隔7m布置1組，每組3個(gè)，分別布置在巷道頂板和兩幫。錨索測力計(jì)每隔10.5m布置1個(gè)。
5．結(jié)語
特殊條件下煤礦巷道的快速掘進(jìn)和支護(hù)一直是困擾煤礦安全生產(chǎn)的重大難題之一，而巷道支護(hù)又是解決巷道快速掘進(jìn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，經(jīng)過幾代廣大科學(xué)工作者和工程技術(shù)人員的研究和實(shí)踐證明，錨桿支護(hù)是唯一能夠使巷道實(shí)現(xiàn)安全、快速、經(jīng)濟(jì)的一種支護(hù)方式。以錨桿為主體支護(hù)的聯(lián)合支護(hù)方式在塔山礦松軟破碎特厚煤層的成功應(yīng)用，再一次證明了錨桿支護(hù)與其它支護(hù)相比具有很大的優(yōu)越性。因此，在軟巖巷道掘進(jìn)中應(yīng)積極推廣使用錨桿支護(hù)技術(shù)。
參考文獻(xiàn)
[1] 何滿朝等，《中國煤礦錨桿支護(hù)理論與實(shí)踐》，北京：科學(xué)出版社，2004年。
[2] 袁和生，《煤礦巷道錨桿支護(hù)技術(shù)》，北京：煤炭工業(yè)出版社，1997年。
作者簡介：牛福龍，男，1969年7月出生， 1992年畢業(yè)與山西礦業(yè)學(xué)院礦井建設(shè)專業(yè)，高級工程師，現(xiàn)在在大同煤礦集團(tuán)有限責(zé)任公司生產(chǎn)技術(shù)部工作。
