松軟復合頂板回采巷道的錨網梁索組合支護技術

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；結合現場實際條件，采用現場調查、工程類比、理論分析、礦山壓力觀測相結合的研究方法，使用高強度錨桿、金屬網、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，實現了煤巷安全高效掘進，取得了顯著的經濟效益和社會效益。

松軟復合頂板；回采巷道；錨網梁索；支護技術

鎮城底煤礦位于古交礦區西部，設計的年生產能力150萬t，斜井-立井聯合開拓，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。根據井田內煤層傾角不同，分別采用傾斜長壁和走向長壁形式布置綜采工作面。由于區內褶曲和斷層較多，2號、3號主采煤層頂板多為炭質泥巖與煤線互層，不穩定，較松軟、易垮落。回采巷道（尤其是瓦斯尾巷）原用傳統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、鋼筋梯及錨索對巷道進行組合支護試驗獲得成功，實現了煤巷安全高效掘進，取得了顯著的經濟效益和社會效益。

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，采區地質綜合柱狀見圖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，屬極不穩定松軟煤層。直接頂為砂質泥巖，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，構成了一種極不穩定類型的復合頂板。

圖1 采區地質綜合柱狀

1.2 復合頂板錨桿-錨索聯合支護原理

針對復合頂板巷道圍巖破裂區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%）錨固區應處于圍巖破裂區之外，錨桿錨固區深度≥圍巖破裂區深度，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內的巖重，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的作用。三是錨索工程延伸量應適應懸吊區內的圍巖變形量，頂板錨索的工程延伸量（鋼絞線自由段可利用延伸量）應大于錨索懸吊區內圍巖變形量，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“煤巷錨桿支護技術規范”對復合頂板可在基本支護形式基礎上增加錨索加固的規定，以及錨桿-錨索組合支護原理，通過支護對比，選擇最優方案的基本支護形式為：錨桿+鋼筋梁+網及錨索補強。

巷道主要支護參數：以數值試驗得出的巷道圍巖破裂區分布和變形分布的定量結果為基礎，遵循錨桿-錨索組合支護原理，進行了主要支護參數計算和選擇。頂板錨桿長度取2.0m。錨索數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。

依據計算結果，結合工程類比，選定的巷道主要支護參數如下：

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規格鋼筋梯；9000mm×1100mm規格菱形金屬網；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；再切割右幫，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、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，施工步驟與頂板支護基本相同。

圖2 巷道支護布置

2.2 礦壓監測

監測內容為巷道內設有三個綜合監測站，每個監測站設有表面位移、深部位移、錨桿受力和錨索受力監測斷面；還要設有頂底板移近量和頂板離層測點各6個。監測內容如表1所示。監測結果列于如表2所示。

表1 巷道綜合監測內容

巷道表面位移：頂板下沉量不超過75mm，巷幫移近量不超過187mm，巷道收斂變形已經穩定。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深度。總體而言，巷道支護狀況良好，圍巖的變形得到有效控制。

頂板離層：錨固區內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范圍內的巖體變形和破壞；另一方面小孔徑樹脂錨索補強對控制錨固區外頂板離層的發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 尾巷礦壓監測結果

3 效益估算

3.1 技術效益

采用的錨桿+鋼筋梁+網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，改善了井下作業環境，為礦井高產高效創造了良好的條件。

3.2 經濟效益

巷道應用高強度錨桿、金屬網、鋼筋梯梁及錨索組合支護（與傳統的原架棚支護相比）具有以下經濟效益：直接經濟效益是節約了巷道支護材料，降低了支護費用。原架棚巷道支護費用為2048元/m，現用‘錨網梁索’組合支護巷道支護費用為1520.6元/m。則現在錨桿組合支護比架棚節約支護費527.4元/m。試驗期間，錨桿組合支護巷道3000m，共節約支護費用158萬余元。二是降低了巷道的維修費用。據相鄰礦井的情況，在相同條件下，留設尾巷經過采動影響，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16個回采工作面計算，需要留設尾巷2.2萬m，可節約尾巷維護費用2676.3萬元。

間接經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，降低了采區回采率。通過該項目的研究，現工作面煤柱留設為20m即可滿足生產要求。

3.3 社會效益

現在的支護方式，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定性，確保了礦井安全生產。回采期間，兩條回采巷道均未發生嚴重變形；尾巷1000余m，巷道僅有輕微變形，部分地段發生少量底鼓。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，工作面綜合生產成本降低10%以上。

4 結束語

經工業應用及礦壓監測表明，試驗尾巷經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、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。