厚硬頂板巷道的支護方案及施工要點*

張緒濤

1 工程概況與地質條件

1.1 工程概況與地質條件

鳳凰山礦為晉城煤業集團下屬主力生產礦井之一，1965年建礦，擴建后生產能力4 Mt/a。礦井相對瓦斯涌出量為5.24 m3／t，屬低瓦斯礦井。井田內主要含煤地層為山西組和太原組，總厚141.48 m，煤層總厚14.25 m，煤層傾角3°～10°。井田內煤層均屬高變質的無煙煤。

鳳凰山煤礦154307工作面埋深在200 m左右，工作面走向長度783.4 m，傾斜寬度176.4 m；開采15號煤層，煤層厚度1.7～3.1 m，平均2.13 m，煤層傾角0°～10°，平均5°，工作面的布置見圖1。煤層結構簡單，含一層0.28 m厚較穩定夾矸；15號煤層整體性和穩定性好，強度高，平均強度約為22.25 MPa。煤層普氏硬度2～4，夾矸普氏硬度1～2，煤體容重1.5 t/m3。工作面瓦斯絕對涌出量為2.3 m3/min。工作面二氧化碳絕對涌出量為1 m3/min。煤塵無爆炸性，為自燃煤層。

工作面內有一向斜和一背斜，其中背斜軸向N7°E，傾伏SE，兩翼傾角0°～6°，平均4°；向斜軸向N12°W，傾伏NW，兩翼傾角0°～25°，平均8°，對回采有一定影響。回風巷內距停采線向里438.5～425.5 m范圍內為一構造影響區，對回采影響較大。

圖1 154307工作面布置

煤層直接頂板為石灰巖，其平均厚度為9.94 m，平均抗壓強度為116.43 MPa，屬大厚度堅硬且不易垮落的頂板；煤層底板為軟質泥巖，平均抗壓強度僅為11.4 MPa，其膨脹率約為0.63%，遇水易膨脹強度下降明顯。154307工作面水文地質條件較為簡單，地下水主要來自上覆厚硬石灰巖層間裂隙水。

2 軌道順槽維護特點及支護參數

2.1 軌道順槽維護特點

根據目前已掌握的工程地質資料及現場調研分析，軌道順槽的維護主要特點如下：

（1）154307工作面走向長度783.4 m，軌道順槽為回采服務時間較長，并且本工作面回采后將留巷作為下一工作面的運輸順槽繼續使用，巷道將承受兩次強烈的采動影響，因此對巷道變形量及穩定性要求高。

（2）巷道局部具有斷層、陷落柱等地質構造，構造位置不明，支護方案需根據迎頭情況及時調整。

（3）煤層頂板為堅硬的石灰巖，其強度為116 MPa，現場錨桿施工困難。

（4）根據對相鄰的154305工作面調研情況，巷道頂板局部有淋水，水源主要為上覆K2石灰巖層間裂隙水及上部小窯采空區積水下滲，巷道大量積水給現場施工及巷道維護帶來困難。

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2.2 軌道順槽支護參數

針對154307工作面的地質條件，軌道順槽掘進期間采用錨帶網索組合支護技術[1-3]對圍巖進行有效控制，以控制巷道的變形量保證巷道的整體穩定。

（1）石灰巖頂板段

a、頂板支護

巷道頂板采用高強度螺紋鋼錨桿配合鋼制托盤支護，支護方式見圖2（a）、（b），支護參數見表1。

b、非回采幫支護

采用高強度螺紋鋼錨桿配合M3鋼帶支護，支護方式見圖2（c），支護參數如表1所示。M3鋼帶設置4個圓孔，孔距為800 mm，M3鋼帶的加工尺寸見圖2（e）。巷道肩角和底角處的錨桿分別向上下傾斜20°安裝。

c、回采幫支護

圖2 石灰巖頂板巷段的支護

（2）斷層帶及軟巖頂板段

a、頂板支護

巷道頂板采用高強度螺紋鋼錨桿配合鋼制托盤及鋼筋托梁壓網+錨索支護，支護方式見圖3（b），支護參數見表1。鋼筋托梁規格為SB-14-4500-4型，采用Ф16 mm圓鋼焊接而成，托梁寬度為80 mm，長度為4500 mm，在與錨桿位置相應的位置設置兩段縱筋，以方便設置錨桿。

頂板每兩排錨桿中間施工兩套單體錨索，錨索規格為Ф7.8 mm×5300 mm，配合400 mm×400 mm×10 mm托盤支護；錨索間排距分別為2000 mm、1500 mm。錨索垂直頂板打孔，孔深度為5000 mm，所有錨索均采用Z2335和Z2360型樹脂藥卷錨固；要求錨索錨固力不低于200 kN。

b、非回采幫支護

支護方式與石灰巖巷段非回采幫支護相同，其支護方式見圖2（c）。

c、回采幫支護

支護方式與石灰巖巷段回采幫支護相同，其支護方式見2（d）

圖3 斷層區及軟巖頂板巷段的支護

表1 軌道順槽不同巷段支護參數對比

3 軌道順槽施工要點及支護效果

3.1 施工要點

依據前述的支護方案，錨桿及錨索的錨固力是錨固支護最為重要的技術參數，只有維持較高的錨固力才能有效限制圍巖的變形維持巷道結構的整體穩定性。因此，在巷道的開挖過程中必須維持其錨固力不小于80 kN。其施工要點如下：

（1）使用綜掘機開挖巷道，最后人工找平。

（2）巷道掘進的循環進尺與錨桿排距相同；在施工頂部錨桿的同時安設幫部錨桿，不得延后。

（3）菱形金屬網從頂板中部開始向兩邊攤鋪，其兩邊要越過巷道肩部，幫部的金屬網要延伸至巷道底角。

（4）安裝錨桿時，采用氣扳機對錨桿二次加扭，最終幫部及頂部的錨桿扭矩不應小于300 N·m。

（5）錨桿鉆孔的中心線要保持為一條直線，鉆孔的深度要準確，要求誤差不能超過20 mm。

（6）錨桿鉆孔完成后，應采用清水反復沖洗孔壁直至孔內流出清水。

（7）根據頂板賦存和淋水情況，盡可能施工導水孔，集中排水。

3.2 支護效果

巷道表面位移是礦壓顯現的直接標志。154307工作面巷道從開挖至圍巖變形穩定，兩幫最大移近量及頂板最大下沉量分別為48 mm和41 mm，變形量都比較小，巷道圍巖穩定后斷面收縮率小，在允許范圍內。

根據礦壓觀測結果可知：154307工作面巷道的支護設計合理，采用錨桿及錨索支護，借助較高的錨固力充分發揮出了圍巖的自穩能力，使巷道頂板形成了較為穩定的承載梁結構，有效地控制了巷道圍巖的變形，并將其限制在允許范圍之內，這為工作面的后續開采帶來了便利。

4 結語

針對鳳凰山煤礦154307工作面巷道頂板厚度大強度高的特點，在巷道掘進期間采用錨帶網索組合支護技術對圍巖進行支護控制。礦壓監測結果表明，錨帶網索組合技術借助較高的錨固力充分發揮了圍巖的自穩能力，使巷道頂板形成了較為穩定的承載梁結構，有效地控制了巷道圍巖的變形，并將其限制在允許范圍之內，這為工作面的后續開采帶來了便利。

〔1〕馬 驥，鄧 磊.基于礦壓顯現監測的深部高應力煤巷支護參數優化[J].煤礦安全，2016，47（7）：204-207.

〔2〕王轉平.錨桿支護設計方法研究[J].山東煤炭科技，2017（1）：77-78.

〔3〕楊 科，陸 偉，潘桂如，等.復雜條件大傾角大采高旋轉綜采礦壓顯現規律及其控制[J].采礦與安全工程學報，2015，32（2）：199-205.