趙家寨煤礦差異化支護方法探討與應用

韓銀行 蔡 鵬 陳 聰

（新鄭煤電公司趙家寨煤礦，河南 新鄭451100）

趙家寨煤礦位于鄭州市南約40千米，京廣鐵路線西側的新鄭市西部，行政隸屬新鄭市的城關鎮、辛店鎮和新密市的大隗鎮。是由鄭煤集團、神火集團、北京聯合德信投資有限責任公司共同參股的一座年產300萬噸的大型礦井。井田范圍西起煤層底板-800米等高線，東到賈梁斷層及煤層露頭(一1煤層為區塊邊界)，北從大隗斷層，南止歐陽寺斷層及區塊邊界，東西長13.5千米，南北寬3.7千米，面積約50平方公里。

1 地質構造情況

本區地層區劃屬華北地層區華北平原地層分區之嵩箕小區。區內僅西部及其外圍的許崗-三岔口一帶有二疊系上統平頂山砂巖和三疊系下統金斗山砂巖出露，絕大部分為新生界掩蓋。缺失奧陶系上統、志留系、泥盆系和石炭系下統。區內地層從老到新依次為寒武系上統、奧陶系中統、石炭系中上統、二疊系及第三、四系。本區主體構造為一兩翼地層產狀平緩，傾角3-15°，軸向NWW-SEE的寬緩背斜構造。根據勘探報告井田內共有斷層18條，除溫泉、寧溝兩條小逆斷層外，其它均為正斷層。其中落差大于100米的5條，落差100～50米的5條，落差50～30米的7條，落差小于30米的有l條。大隗斷層、賈梁斷層、歐陽寺斷層構成本區自然邊界。斷層走向除大隗斷層為近東西向外，其余均為北西～南東向，并以南升北降正斷層為主，全區構造復雜程度屬中等。礦井區內發育有滹沱背斜，縱張裂隙和X節理發育，并且西北傾伏端被大隗斷層切割，受斷層帶地下水的補給，形成相對富水區。本區構造主要以斷裂為主，伴有發育程度不同的褶皺，主要褶皺有滹沱背斜。

礦井主采山西組二1煤（平均厚度5.5米），半金屬光澤，煤層結構簡單，煤質松軟，屬典型的三軟煤層。煤層局部發育偽頂平均厚0.6m，以碳質泥巖為主；直接頂為砂質泥巖平均厚4.0m；老頂為大占砂巖平均厚度為14m。同時我礦還兼采二3煤層（平均厚度1.3米），煤層局部發育偽頂平均厚0.3m，以碳質泥巖為主；直接頂為砂質泥巖平均厚7.0m；老頂為香碳砂巖平均厚度為20m。兩層煤間距平均18m。

2 支護改革背景及方法

趙家寨煤礦目前年產量300萬噸，在煤炭市場非常“疲軟”的情況下，必須降低成本。煤礦投入成本最多相對零利潤的是巷道掘進，所以我們必須在巷道支護上降低成本。為了確保安全生產，我礦必須探索一套新的支護方式。

我礦從2012年開始試行差異化支護，先是在31116薄煤層（平均煤厚1.3m)工作面采用大棚距（大棚距1.0m，傳統棚距0.6m）+頂錨桿補強的支護方式，使單進水平不斷提高，平均月單進達到380米，并于當年12月創下了月單進602米的集團公司紀錄，有力的保證了采面接替。隨著支改工作的逐步深入，結合當前形勢，我礦將指導思想轉變為以“加強支護、因地制宜、保證回采、快速推進”為方向的新的支改路子，把沿頂掘進作為突破口，先是在12208工作面進行試點，取得了初步成功后，在首個低位放頂煤工作面11208采取兩巷補強方式（該面兩巷全部沿空掘進，平均煤厚6米以上），為回采創造條件。同時，根據12211接替面的實際情況（該面是我礦12采區東翼最上部一個工作面，采深僅230米，平均煤厚6米以上，原煤中掘進，周邊無采動影響），我們在該面采取了大棚距施工，并進行了錨索（桿）加鋼帶補強，通過在12211里段進行回棚實驗，效果非常好。在不斷摸索中，我們信心越來越足，開始在切巷搞全錨網設計（切巷頂煤在6米以上，最后處達9米），為穩妥起見，在施工中采取架棚作為臨時支護，錨（桿）索為主要支護，通過現場實踐達到了預期目的。

在支改不斷推進過程中，我們也發現了不少問題，隨著12208工作面回采，采用的差異化支護方案的不足之處開始逐漸顯露。主要有以下幾點：

①進巷時頂部打設三根6米錨索，兩幫各打三根3米錨桿（圖1），頂部錨索與幫部錨桿未形成一個整體的加固圈，導致因局部擾動出現垮塌（尤其是局部頂空處）。使兩巷護頂還需加頂部一根坑木，局部需加椽子背幫。支護面積不夠，頻繁出現網兜、網撕裂等；玻璃鋼錨桿強度不行，有折斷現象。從而導致圍巖失穩，支護失效。

圖1

②我們又采用頂部錨索加鋼帶，每隔一棚加一道鋼帶，兩幫各打三根3米錨桿（圖2），效果明顯好于第一種支護，但是頂部錨索與幫部錨桿還未形成一個整體的加固圈，導致因局部擾動出現垮塌（尤其是局部頂空處出現網兜）。局部需加椽子背幫。支護面積不夠，頻繁出現網兜、網撕裂等，有折斷現象。從而導致圍巖失穩，支護失效。

試驗工作面暴露的一些問題，我們認識到主動支護的強度普遍還存在問題，于是在支護設計以及兩巷補強上，有針對性的采取了加密、加長、加粗并增設鋼帶等加強措施，逐漸取消軟塑料網、玻璃鋼錨桿，大量使用￠17.8mm及以上錨索，推廣使用鋼帶。同時通過開展支護質量大檢查，增加檢查手段，主動支護的失效率從最開始的接近50%到現在的不超過5%，月單進也從原先的120米左右逐步達到180-210米。

圖2

③通過設計、施工、觀測、分析我們采用棚距1米，每棚之間三根6米錨索加鋼帶了，兩幫各打三根3米錨桿加“H”型鋼帶支護方式。在12211上下付巷使用，該區域煤厚6米左右，巷高3.4米，效果非常好，為了更好的推薦差異化支護改革，我們大膽的在上付巷20米巷道內將“U”型鋼棚拆除，實驗支護強度（如圖3）。根據實驗結果目前該段巷道已經拆除“U”型鋼棚70天，巷道仍然未出現變形。

在12211上付巷，通過在原有棚間采用全斷面錨（桿）索加鋼帶，擴大護表面積，形成完整加固圈，從里段觀測數據看，能夠達到預期目的。在12211切巷頂煤較厚的情況下試用12#礦工鋼大棚距+錨索（桿）+縱橫鋼帶的新支護方式，目前支護效果也不錯，每天手稿掘進3米，既保證了支護質量也沒有影響進度，更為我們下一步支架安裝打下了很好的基礎。

圖3

3 經濟效益及結論

未支護改革前我礦煤巷采用的是16m2斷面，36型U型鋼支護，棚距0.6m，工作面上下付巷加切巷總長都在4000米左右，需要36型U型鋼7000架左右，目前一架36型U型鋼售價3996元，這樣每個工作面貫通后直接投入2664萬元，如果我們想辦法能把36型U型鋼去掉這樣能大大節約成本。

新鄭煤電公司緊緊圍繞“安全第一、因地制宜、循序漸進”指導思想。前期支護為大棚距巷頂加3根6～9m錨索（直徑為17.8mm鋼絲繩錨索）加“H”型鋼帶，兩巷幫各打三根3m錨桿(直徑20mm等強錨桿)加“H”型鋼帶，間排距1m。這樣能保證工作面回采上下端頭不替棚；中期支護為棚距加大到2m，根據實驗結果采取補強措施；到后期實現取消U型鋼棚，補強措施。