深井中厚煤層沿空掘巷錨索網聯合支護技術

文/吳良勝,淮南礦業集團丁集煤礦

深井中厚煤層沿空掘巷錨索網聯合支護技術

文/吳良勝,淮南礦業集團丁集煤礦

介紹了錨索（粱）、桁架錨索（粱）、注漿錨索、M鋼帶、錨桿和金屬網聯合支護技術在深井中厚煤層沿空掘巷掘進工作面的成功支護經驗，從施工設備及工藝、技術經濟、效果驗證方面進行了分析和對比，并對丁集煤礦1242（1）運順在掘進期間礦壓顯現規律及回采時頂板下沉、煤幫位移及工作面超前壓力的顯現進行了總結，整體頂、幫支護達到預期效果。

深井；中厚煤層；聯合支護；最大化；注漿錨索

1 概述

11－2號煤層是淮南礦區丁集煤礦主采煤層，由于埋深大，92 0m，垂直應力大[1]，側壓系數約1.3（西翼－910m地應力測試結論），沿空掘進巷道頂板及煤柱側幫支護困難；另外采場的連續開采，采空區側未穩定1～2年[2]就需沿空掘進，直接影響安全生產。2013年在11－2號煤層1242（1）工作面運輸順槽采取的錨索網聯合支護，技術經濟效益顯著。該巷道經受住回采動壓的考驗，成功回采，各方面技術指標均滿足高產高效需要。

2 沿空掘巷巷道支護的技術分析及對策

2.1 巷道支護技術分析

2.1.1 巷道埋藏深、地壓大。巷道地層壓力的增大，將不僅導致巷道圍巖變形范圍和變形程度增大，而且巷道圍巖變形具有明顯的時間效應、空間效應、易受擾動、易受沖擊等深井礦壓顯現特點。

2.1.2 局部11-2煤層與11-3煤層間距大。由1242（1）綜采面運輸順槽區域內鉆孔資料分析可知，巷道直接頂由砂質泥巖或泥巖及11-3煤層組成，直接頂泥巖不僅裂隙及滑面發育，較破碎，而且11-2煤頂板普遍發育11-3煤，局部區段11-2煤與11-3煤層間距為3.6～4.6m，11-2煤層頂板煤線的存在不僅導致錨桿難以生根到穩定巖層內，而且還易引起頂板離層跨落。

2.1.3 上區段工作面收作時間短，其上覆巖層還未處于穩定。巷道南側的1252(1)工作面于2012年10月收作，收作時間不到3個月，因此其上覆巖層還未趨于穩定狀態。在上覆巖層不穩定的采空區邊緣掘進巷道，由于圍巖應力環境復雜，不僅巷道圍巖整體穩定性急劇變差，而且巷道圍巖與支護體共同承載作用降低，巷道圍巖塑性區及破壞范圍也顯著增加，巷道變形、片幫嚴重，支護難度加大。

2.1.4 巷道掘進距離長、斷面大。運輸順槽掘進長度1884m、凈斷面5.8×3.4＝19.72 m2（預留了變形量），因此對巷道的支護強度及對巷道圍巖的長期穩定性要求較高。

2.2 巷道支護對策

2.2.1 優化圍巖結構

由于1242（1）運順11-2煤層頂板普遍發育11-3煤，而11-3煤線厚0.3～1.0m，平均0.5m，與11-2煤間距為0.6～5.1m。巷道頂板上方煤線的存在不僅易引起頂板破碎，而且還可能導致頂板離層冒落，為了避免在巷道支護過程中因頂板破碎而出現網兜及離層現象，必須要優化頂板圍巖結構：當11-2煤層與11-3煤層間距大于1m要求巷道跟11-2煤層頂板掘進；當11-2煤層與11-3煤層間距小于1m則要求巷道跟11-3煤層頂板掘進。

2.2.2 錨桿與錨索均采用組合支護

其目的，一是為了增大錨桿和錨索的護表面積，減輕單體錨桿和錨索因與圍巖局部接觸產生的點載荷作用而造成圍巖擠壓破壞；二是為了提高頂板支護的整體性，從而有利于維護頂板的完整。

2.2.3 一次支護最大化

預應力支護的大小對頂板穩定性具有決定性的作用，當預拉力達到一定程度時，可以使頂板巖層處于橫向狀態，形成預應力承載結構；通過錨桿、錨索參數和預拉力的合理配置可以使錨桿、錨索長度之內和之外的上覆頂板巖層離層控制在安全范圍；通過錨桿、錨索的高預拉力，使垂直壓力均化到巷道兩側縱深范圍，巷道兩側的壓力集中現象減小，片幫的現象緩和，便于幫部維護[3]。

通過對圍巖提供大的約束力，從而可有效地控制巷道圍巖的變形和破壞，實現支護有效化。

2.2.4 兩側幫注漿、桁架錨索支護

通過注漿錨索的錨注作用可以提高巖體的黏結力和內摩擦角，為錨索提供可靠的著力基礎，增強煤體的內部約束力（化學鍵力、分子間作用力、界面靜電引力、機械作用力[4]），從而顯著地提高小煤柱的殘余強度。采用注漿錨索實現全長錨固與端部錨固錨索突出的優點在于它的錨固強度高，不至于由于端部巖體破壞而失效，最大限度地提高煤體的整體性和支護的及時性。

2.2.5 增加巷道斷面預留量

在上覆巖層不穩定的采空區邊緣掘進巷道，由于圍巖應力環境復雜，巷道掘進初期圍巖變形十分劇烈，為了保證巷道斷面在經過強烈動壓影響后仍能滿足生產要求，為此不僅需要增加巷道的支護強度，而且還需要增加巷道斷面預留量。

2.3 沿空掘巷錨網索聯合支護方案

1242（1）運順巷道選擇為矩行斷面，凈寬5.8m，凈高3.4m，凈斷面積19.72m2。

3 施工設備及工藝

巷道掘進所采用的設備有EBZ160型綜掘機、DSJ-800型底運式運輸機；SQ-90無極繩絞車；施工錨桿、錨索的MQT-130型錨桿鉆機，施工幫錨桿、錨索的ZM-60型風煤鉆；ZLJ-2.5型綜掘機機載臨時支護，礦自研制的綜掘機拖纜裝置；頂板錨索漲拉選用綜掘機機載ZY550錨索漲拉增壓裝置（最大壓力 50MPa），幫錨索漲拉選用MQ22-300/60風動錨索張拉機具。注漿選用液壓注漿泵，最大注漿壓力：16 MPa。

1242（1）運順采用綜掘機掘進、帶式輸送機運煤、機載臨時支護護頂、單體錨桿鉆機進行錨桿錨索施工、機載錨索漲拉裝置漲拉錨索的機械化一次成巷施工工藝，多工序平行作業。

4 掘進期間安全保障措施、礦壓觀測、支護效果及技術經濟分析

巷道掘進期間，每50m安設一個礦壓觀測站，對錨桿、錨索的受力、頂板離層（淺部、深部）、頂底板及兩幫移近量進行觀測，且每50m進行一次頂板巖性探測，探測深度不小于10m。觀測頻數嚴格按設計的要求進行。根據施工錨索及探測的頂板巖性情況，對于巖石相變區域，及時調整錨索長度，確保錨索生根在承載層中。預警：根據丁集礦的深部礦壓顯現規律及施工經驗，頂板離層值設置為80mm。觀測資料表明，頂板錨索最大受力為260KN，頂錨桿最大受力為110KN，幫錨桿最大受力80KN，約占測站數的3%；斷錨的錨桿、錨索在巷道掘進期間出現，極少，屬剪切斷裂（錨桿主要發生在幫部肩窩處，錨索發生在頂板不平整處，被鋼帶和錨索粱直接剪斷）；，深部離層量最大75mm，發生在泥巖頂板較厚段；煤柱側幫最大移近量400mm,工作面側幫最大移近量350mm，整體煤柱側幫位移較工作面側幫位移大100mm，但在向斜和小構造區域，煤柱側幫最大移近量達700mm，工作面側幫最大移近量達550mm；頂、底板移近量最大800mm。巷道施工結束后，整體效果看，滿足采煤工作面安裝、回采需要。煤柱經過注漿錨索注漿后，沒有出現采空區防火問題。

5 結語

5.1 頂板錨索的破壞是由于剪切破壞，沒有發現被拉斷的現象，說明錨索的鋼材的延伸率需要提高，需要提高鋼絞線的韌性，或者研究使用球型錨具和配套托盤，使現場施工的錨索始終做到錨具和鋼絞線的軸心相同而減少錨索受剪切發生的破斷。

5.2 錨網支護的材料全是金屬材料，由于井下的濕度大，銹蝕現象嚴重，材料（經濟適用型）的抗腐蝕性能需要提高，為煤巷全錨網支護巷道長時間服務提供安全保障。

5.3 深井的地壓和淺部的地壓顯現差異大，通過錨索粱的運用，形成組合粱，為巷道支護提供整體支護剛度，對防止深井動壓、沖擊礦壓事故，提供安全保障。

5.4 注漿錨索加固支護技術，經濟、技術上可行，安全上可靠，為深井巷道煤柱的支護及防火、瓦斯，提供了行之有效，多快好省的技術途徑。

[1]蔡美峰.巖石力學與工程[M].北京：科學出版社，2002（133）.

[2]錢鳴高，劉聽成.礦山壓力及其控制[M].北京：煤炭工業出版社，1984（166）.

吳良勝（1980—），男，安徽樅陽人。工程師，2005年畢業于安徽理工大學，一直從事采掘生產安全管理工作。