松軟復合頂板回采巷道的錨網(wǎng)梁索組合支護技術

王敬軍

（西山煤電集團公司，山西 太原 030053）

松軟復合頂板回采巷道的錨網(wǎng)梁索組合支護技術

王敬軍

（西山煤電集團公司，山西 太原 030053）

針對西山鎮(zhèn)城底煤礦2號、3號煤層松軟復合頂板回采巷道（尤其是瓦斯尾巷），原用傳統(tǒng)架棚支護存在著巷道圍巖變形量大、支護效果差、費用高等問題；結(jié)合現(xiàn)場實際條件，采用現(xiàn)場調(diào)查、工程類比、理論分析、礦山壓力觀測相結(jié)合的研究方法，使用高強度錨桿、金屬網(wǎng)、鋼筋梯梁及錨索對巷道進行組合支護；有效地控制了巷道圍巖變形，實現(xiàn)了煤巷安全高效掘進，取得了顯著的經(jīng)濟效益和社會效益。

松軟復合頂板；回采巷道；錨網(wǎng)梁索；支護技術

鎮(zhèn)城底煤礦位于古交礦區(qū)西部，設計的年生產(chǎn)能力150萬t，斜井-立井聯(lián)合開拓，主副井為斜井，風井為立井；礦井開采水平布置在+760m巖石中，用一個水平同時開采上、下兩組煤。根據(jù)井田內(nèi)煤層傾角不同，分別采用傾斜長壁和走向長壁形式布置綜采工作面。由于區(qū)內(nèi)褶曲和斷層較多，2號、3號主采煤層頂板多為炭質(zhì)泥巖與煤線互層，不穩(wěn)定，較松軟、易垮落?；夭上锏溃ㄓ绕涫峭咚刮蚕铮┰脗鹘y(tǒng)架棚支護存在著巷道圍巖變形量大、支護效果差、費用高等問題。2004年3月至2007年12月, 西山煤電集團公司與遼寧工程技術大學合作，針對上述巷道支護難題，采用高強度錨桿、金屬網(wǎng)、鋼筋梯及錨索對巷道進行組合支護試驗獲得成功，實現(xiàn)了煤巷安全高效掘進，取得了顯著的經(jīng)濟效益和社會效益。

1 支護方案

1.1 試驗巷道圍巖條件

22409工作面副巷和尾巷開掘在2號、3號煤層中，巷道埋深250m，采區(qū)地質(zhì)綜合柱狀見圖1。2號、3號煤層平均厚度2.8 m，傾角2～9°，單向抗壓強度5.0MPa，屬極不穩(wěn)定松軟煤層。直接頂為砂質(zhì)泥巖，厚度約12 m，單向抗壓強度52.2 MPa，部分巖層的單向抗壓強度僅為8.8 MPa；在厚約3.4 m的下位巖層中，夾有兩層厚度各約0.4 m的松軟薄煤層，構(gòu)成了一種極不穩(wěn)定類型的復合頂板。

圖1 采區(qū)地質(zhì)綜合柱狀

1.2 復合頂板錨桿-錨索聯(lián)合支護原理

針對復合頂板巷道圍巖破裂區(qū)分布和變形分布特點，提出了復合頂板錨桿-錨索組合支護，原理如下：一是共同加固圍巖，提高錨巖支護體的承載能力。柔性錨桿（延伸率≥15%）錨固區(qū)應處于圍巖破裂區(qū)之外，錨桿錨固區(qū)深度≥圍巖破裂區(qū)深度，使錨桿充分起到加固淺部圍巖的作用；剛性預應力錨索（工程延伸率1.8%）與錨桿相匹配，增加錨巖支護承載層厚度，共同提高錨巖支護體承載能力。二是錨索懸吊失穩(wěn)巖層預防冒頂事故：頂板錨索的承載能力應大于頂板破裂區(qū)內(nèi)的巖重，錨索工程破斷力≥錨索懸吊載荷，使錨索充分起到懸吊松散危巖防止冒頂?shù)淖饔?。三是錨索工程延伸量應適應懸吊區(qū)內(nèi)的圍巖變形量，頂板錨索的工程延伸量（鋼絞線自由段可利用延伸量）應大于錨索懸吊區(qū)內(nèi)圍巖變形量，防止剛性錨索因大變形壓力超載失效。

1.3 巷道支護初始設計

巷道斷面尺寸：設計巷道斷面呈矩形，寬4.0m，高3.0m，掘進斷面積12.0m2。

基本支護形式：依據(jù)“煤巷錨桿支護技術規(guī)范”對復合頂板可在基本支護形式基礎上增加錨索加固的規(guī)定，以及錨桿-錨索組合支護原理，通過支護對比，選擇最優(yōu)方案的基本支護形式為：錨桿+鋼筋梁+網(wǎng)及錨索補強。

巷道主要支護參數(shù)：以數(shù)值試驗得出的巷道圍巖破裂區(qū)分布和變形分布的定量結(jié)果為基礎，遵循錨桿-錨索組合支護原理，進行了主要支護參數(shù)計算和選擇。頂板錨桿長度取2.0m。錨索數(shù)量和排距為每排布置2根，排距為2.4m。錨索長度為取6.5m。巷幫錨桿長度為取1.8m。

依據(jù)計算結(jié)果，結(jié)合工程類比，選定的巷道主要支護參數(shù)如下：

頂板支護材料選用φ20×2 200 mm左旋螺紋鋼錨桿，配MSCK2355型樹脂錨固劑卷；φ14圓鋼、3350×100mm規(guī)格鋼筋梯；9000mm×1100mm規(guī)格菱形金屬網(wǎng)；φ15.24×6 500 mm鋼絞線，配MSCK2355型樹脂錨固劑卷。錨桿布置：排距0.8m，每排5根，間距0.9 m；錨索布置，排距2.4 m，每排2根，間距1.2 m；錨桿（錨索）錨固方式為樹脂錨固劑加長錨固方式。

巷幫支護材料選用φ18mm×2000mm左旋螺紋鋼錨桿，配MSCK2355型樹脂錨固劑卷；φ12圓鋼、3350×100mm規(guī)格鋼筋梯。錨固方式為樹脂端部錨固，MSZ2355型錨固劑。錨桿布置方式為排距0.8 m，每排3根，間距1.0m。巷道支護布置圖，見圖2。

2 井下施工和礦壓監(jiān)測

2.1 井下施工工藝

施工工藝包括掘進和支護兩部分。

掘進機的掘進流程是先從左上幫定位切割煤幫，直至底板；然后從左到右，從下向上切割破碎中間部分；再切割右?guī)?，最后將巷道輪廓進行修整。

頂板支護的施藝流程為掛鋼筋梯—臨時支護—鉆頂板中部錨桿孔、掛金屬網(wǎng)、清孔—安裝錨桿、擰緊螺母—鉆頂板中旁錨桿孔、清孔—安裝錨桿、擰緊螺母—臨時支護改位—鉆頂板邊錨桿孔、清孔—安裝錨桿、擰緊螺母—鉆頂板邊斜（角）錨桿孔、清孔—安裝錨桿、擰緊螺母。

兩幫的錨桿支護，一般落后于工作面一定距離，和破煤運煤平行作業(yè)，施工步驟與頂板支護基本相同。

圖2 巷道支護布置

2.2 礦壓監(jiān)測

監(jiān)測內(nèi)容為巷道內(nèi)設有三個綜合監(jiān)測站，每個監(jiān)測站設有表面位移、深部位移、錨桿受力和錨索受力監(jiān)測斷面；還要設有頂?shù)装逡平亢晚敯咫x層測點各6個。監(jiān)測內(nèi)容如表1所示。監(jiān)測結(jié)果列于如表2所示。

表1 巷道綜合監(jiān)測內(nèi)容

巷道表面位移：頂板下沉量不超過75mm，巷幫移近量不超過187mm，巷道收斂變形已經(jīng)穩(wěn)定。巷道變形主要特點是兩幫變形較頂板明顯，原因是兩幫的煤體松軟破碎，端錨錨桿控制范圍略小于巷幫破裂區(qū)深度?？傮w而言，巷道支護狀況良好，圍巖的變形得到有效控制。

頂板離層：錨固區(qū)內(nèi)部頂板離層值不超過10 mm，平均為6mm。距巷頂6m深處巖層離層值小于17mm，平均為11mm。距巷頂3m深的薄煤層處離層值最大可達32mm，平均15mm。對于復合頂板而言，一方面錨桿支護可有效控制錨固區(qū)范圍內(nèi)的巖體變形和破壞；另一方面小孔徑樹脂錨索補強對控制錨固區(qū)外頂板離層的發(fā)展和防止冒頂具有關鍵作用。

錨桿和錨索受力：頂板錨桿和兩幫錨桿受力相當，都較小。錨桿測力計預緊力20～30kN，預緊后頂板錨桿受力小于35kN，巷幫錨桿受力小于55kN。錨索測力計預緊力50～60kN，預緊后受力小于85kN。

表2 尾巷礦壓監(jiān)測結(jié)果

3 效益估算

3.1 技術效益

采用的錨桿+鋼筋梁+網(wǎng)及錨索補強支護形式，控制了復合頂板回采巷道圍巖的強烈變形，顯著提高了支護效果，保證了安全生產(chǎn)，改善了井下作業(yè)環(huán)境，為礦井高產(chǎn)高效創(chuàng)造了良好的條件。

3.2 經(jīng)濟效益

巷道應用高強度錨桿、金屬網(wǎng)、鋼筋梯梁及錨索組合支護（與傳統(tǒng)的原架棚支護相比）具有以下經(jīng)濟效益：直接經(jīng)濟效益是節(jié)約了巷道支護材料，降低了支護費用。原架棚巷道支護費用為2048元/m，現(xiàn)用‘錨網(wǎng)梁索’組合支護巷道支護費用為1520.6元/m。則現(xiàn)在錨桿組合支護比架棚節(jié)約支護費527.4元/m。試驗期間，錨桿組合支護巷道3000m，共節(jié)約支護費用158萬余元。二是降低了巷道的維修費用。據(jù)相鄰礦井的情況，在相同條件下，留設尾巷經(jīng)過采動影響，均需重新維修，其維修費用達重新送道的80%以上，經(jīng)測算重新送道的費用為1520.6元/m，留設尾巷需要的每m維修費用為1216.5元。以南六采區(qū)16個回采工作面計算，需要留設尾巷2.2萬m，可節(jié)約尾巷維護費用2676.3萬元。

間接經(jīng)濟效益為提高礦井煤炭資源的回收率，延長了礦井壽命。為了保證尾巷的復用，原工作面煤柱留設25～30m，極大地增加了呆滯煤量，降低了采區(qū)回采率。通過該項目的研究，現(xiàn)工作面煤柱留設為20m即可滿足生產(chǎn)要求。

3.3 社會效益

現(xiàn)在的支護方式，減輕了掘進工人的勞動強度和材料運輸工作量；巷道斷面利用率得到提高；加快了成巷速度，大幅度降低了巷道返修工作量；增強了巷道圍巖的穩(wěn)定性，確保了礦井安全生產(chǎn)?；夭善陂g，兩條回采巷道均未發(fā)生嚴重變形；尾巷1000余m，巷道僅有輕微變形，部分地段發(fā)生少量底鼓。保留尾巷650m，可作為22407副巷二次使用，其中100m巷道僅需簡單拉底，無需擴幫、架棚維修，大幅度降低了巷道維修費用。提高礦井煤炭資源的回收率，延長了礦井壽命。減少用工，回采速度可提高1倍，工作面綜合生產(chǎn)成本降低10%以上。

4 結(jié)束語

經(jīng)工業(yè)應用及礦壓監(jiān)測表明，試驗尾巷經(jīng)受了二次采動影響的考驗，巷道變形量小，維護量少，基本滿足巷道復用要求，支護效果良好。高強度錨桿、金屬網(wǎng)、鋼筋梯梁及錨索組合支護方式，有效地控制了巷道圍巖變形，解決了鎮(zhèn)城底煤礦2號、3號煤層松軟復合頂板回采巷道支護難題。

Abstract:Traditional erecting shed support was used in the actual mining roadways(especially,methane drainages)with loose and soft roofs in No.2 and No.3 seams of Zhenchengdi Mine,Xishan Group.Based on the real conditions and some problems of the support such as big deformation of surrounding rock,bad supporting effect,high costs and others,the study adopts a research method which combines field survey,engineering analogy,theoretical analysis and mine-pressure observation.A new combined support technology using high-strength bolt,metallic mesh,steel stepped beam and anchor cables is introduced.The deformation of supporting rock is under control,safe-and-efficient roadway driving is realized and great economic and social benefits are obtained.

Keywords:Loose and soft roof;Mining roadway；Bolt-mesh-cable；Supporting technology

編輯：徐樹文

Bolt-mesh-cable Supporting Technology of Loose-and-soft Roof in Mining Roadway

WANG Jing-jun

（Trade Union of Xishan Coal and Electricity Group,Taiyuan Shanxi 030053,China）

TD353

A

1672-5050（2010）04-0063-03

2009-11-18

王敬軍（1974—），男，山西大同人，本科，采煤工程師，從事煤礦安全技術管理工作。