厚煤層巷道沿底上山掘進錨網支護技術實踐

張慶華

(開灤(集團)有限責任公司唐山礦業分公司，河北省唐山市，063000)

厚煤層工作面采用放頂煤開采方式，其回采巷道布置為沿煤層底板掘進施工，保留頂煤。在掘進過程中，由于煤層的賦存條件的變化、煤層傾角較大、煤體松散破碎等原因，若支護不好不僅影響巷道掘進速度，增加后期維護費用和影響使用效果等，而且對施工人員的人身安全構成了較大威脅，給施工帶來很大困擾。唐山礦Y396切眼掘進過程中，通過對現場巷道支護分析研究與實踐，有效解決了厚煤層沿底上山掘進巷道支護的安全問題。

1 工程概況

Y396切眼位于唐山礦岳胥區13水平，巷道長度155 m。煤層最大傾角32°，平均傾角23.1°；煤層平均厚度9.9 m，根據附近工作面工程揭露及附近鉆孔資料分析該工作面處于8、9號煤層分區，夾石厚度0.2～4.0 m，巖性為黑色碳質泥巖，煤層結構復雜，對煤層開采有一定影響。煤層老頂為深灰色細砂巖，成份以石英為主，較堅硬，平均厚度4.7 m；直接頂為深灰色粉砂巖，平均厚度4.6 m；直接底為黑灰色碳質泥巖，平均厚度1.5 m，老底為深灰色粉砂巖，平均厚度7.45 m。

2 巷道支護技術

2.1 支護方式確定

在巷道掘進支護方式方面，唐山礦主要采用錨網支護或架棚支護。若采用架棚支護，該支護方式運輸材料工作量大，需要配置人員多，勞動強度大，人力物力消耗大，同時架設金屬拱形棚子笨重作業方式以及沿底上山巷道操作等問題，給掘進施工帶來了很大的安全隱患。若采用錨網支護方式，在掘進煤層的賦存條件變化大、煤層傾角較大、煤體松散破碎等情況下，不能有效控制巷道掘進頭煤壁劈幫和防止煤層頂板離層冒落。為確保支護方式合理，經綜合分析采用錨網支護。

2.2 斷面形狀選擇

Y396切眼沿煤層底板掘進，留頂煤，采用矩形斷面，巷道掘進寬4.5 m，高3 m。巷道頂部采用微拱形，以便提高煤頂的穩定。考慮到巷道頂煤會發生整體下沉，采用微拱后，隨著頂煤下沉逐漸為平頂，若掘出的巷道為平頂，當頂煤下沉后，出現頂部下彎而不利于煤頂穩定，設計的頂部微拱高度200～300 mm，因此巷道掘進要求斷面高度為3.3 m。

2.3 錨網支護參數確定

2.3.1 頂板支護技術

采用錨桿+鋼帶+金屬網、錨索補強支護。頂部使用7個長度為4.5 m的W型鋼帶；布置7根?20 mm×2200 mm右旋等強螺紋鋼錨桿，采用CK2333型樹脂藥卷錨固，采用0.9 m×5.0 m的12#鉛絲編制的菱形金屬網。頂板錨桿排距為700 mm，如遇地質變化、頂板壓力大等時縮小排距。中間的頂板錨桿要垂直于頂板施工，軸向偏差≤5°，每排兩側的頂錨桿與頂板法線方向巷幫側傾斜20°～30°。頂錨桿錨固力達到70 kN，螺母扭緊力矩達到100 N·m。

同時采用錨索補強支護。錨索采用直徑17.8 mm、長度為10 m的1×7股高強度低松弛預應力鋼鉸線。在巷道內每兩排布置一根錨索，交錯布置，錨索間距1.4 m，距相鄰巷幫1.4 m。錨索的錨固端進入穩定巖層的深度不得小于1.5 m，拉脹預緊力達到100 kN以上。

2.3.2 巷幫支護技術

采用錨桿+托盤+網協同支護，如圖1和圖2所示。兩幫每排布置4根?20 mm×2200 mm右旋等強螺紋鋼錨桿，托盤使用尺寸為200 mm×200 mm×40 mm的木板；使用1.7 m×3.0 m的12#鉛絲菱形金屬網。幫錨桿呈五花眼均勻布置，最上一排距頂板不大于300 mm，最下一排距底板不大于500 mm，中間排距800～1000 mm，如果超規定要補打幫部錨桿，錨桿角度要垂直煤壁，靠近頂、底的兩根錨桿分別與水平線上仰、下傾呈10°～15°夾角。幫錨桿錨固力為40 kN，螺母扭緊力矩達到60 N·m。

圖1 Y396切眼錨網支護示意圖(斷面圖)

圖2 Y396切眼錨網支護示意圖(錨索布置圖)

3 厚煤層巷道沿底上山掘進支護技術及施工對策

3.1 支護技術

巷道掘進支護技術直接關系巷道施工的支護質量。根據地質條件及頂、底板圍巖性質參數等，同時參照本煤層相鄰巷道錨網支護設計和掘進施工實踐經驗，對該巷道頂煤冒落范圍進行分析計算，頂煤潛在冒落拱范圍很大，不論是按懸吊理論作用布置還是按加固拱理論作用布置，用常規的錨網支護均難以奏效，針對厚煤層沿底上山巷道掘進，改進錨網施工支護技術。

3.1.1 頂部錨桿

頂部錨桿垂直于水平面施工，其投影方向均垂直于水平面，同時增加頂錨桿的長度和直徑，錨桿規格由?20 mm×2200 mm改為?22 mm×2400 mm。

3.1.2 兩幫錨桿

如果兩幫煤體較為破碎，礦壓顯現時，幫部錨桿加打幫部鋼帶，鋼帶采用2.3 m長的W型鋼帶，以提高對巷幫的支護強度；礦壓顯現較大時可打幫部錨索。

3.1.3 頂部錨索

錨索垂直于水平面施工，同時增加頂部錨索的數量和長度，數量由原每兩排一布置變為一排一布置，長度由10 m增加到12 m，保證加長的錨索使其進入穩定巖層的深度不得小于1.5 m，如圖3所示。

圖3 Y396切眼沿底上山掘進巷道錨網支護示意圖

3.2 施工對策

3.2.1 掘巷(炮掘)管理

厚煤層巷道上山掘進施工，煤層傾角大，施工方式采用炮掘。由于厚煤層巷道沿底板掘進，巷道上部為煤頂，放炮后煤層頂板面經常不平整，施工時合理布置好炮眼，掘進頭煤壁中上部適當少打眼少裝藥，放炮后巷道掘進頭煤層頂凸凹不平處使用手鎬刷平齊。施工過程中可尋找一個穩定層面，順煤層內穩定面施工。

3.2.2 臨時支護

臨時支護材料為2根長1.5 m的槽鋼前探梁，提前準備好支護使用的鋼帶和金屬網。每次放炮掘出荒斷面后，及時做好有效的臨時支護。將雙金屬前探梁移到迎頭打好的末排鋼帶錨桿上，使雙金屬前探梁上托住鋼帶+金屬網超前支護好荒斷面空頂范圍頂板，在雙前探梁托鋼帶+金屬網臨時支護下，盡量縮短上頂空頂時間，及時進行打頂錨桿，做好巷道的永久支護。

3.2.3 超前支護

每次放炮掘出荒斷面后，若迎頭煤壁及兩幫煤體破碎、不穩定，在做好頂部臨時支護后，及時打超前錨桿控制迎頭煤壁，防止煤壁劈幫冒落。超前錨桿根據現場迎頭煤體穩定及破碎情況合理布置，確定好超前錨桿的位置和數量，往前掘進發現超前錨桿失效及時補打。煤體極不穩定時，頂部錨桿前方迎頭及兩幫可采取掛網臨時封好。

3.2.4 錨桿施工

按照開灤集團公司制訂的《安全技術操作規程》規定，控頂距為永久支護至迎頭煤壁最大距離不大于設計排距加0.3 m。錨網支護正常排距為0.7 m，即每循環施工設計最大控頂距為1 m。第一次放炮施工時，掘進量為1 m，在巷道上頂先做好 0.7 m錨網支護，還剩下0.3 m巷道上頂未支護，下次放炮施工時，掘進量為0.7 m，將前探梁前移至巷道迎頭做好臨時支護，及時做好0.7 m巷道上頂的錨網支護，始終保證巷道最大控頂距不大于1 m，依次類推進行錨網支護施工。Y396切眼沿底上山掘進錨網支護施工示意圖如圖4所示。

巷道掘進迎頭始終存在的不超過0.3 m的空頂范圍是錨桿機操作的空間。為了利于施工人員操作錨桿機打錨桿，迎頭3～5 m范圍巷道留浮煤制作平臺，高度距上頂2 m，煤壁越高越易于劈幫。錨桿機施工高度不夠時可提前在支腿腳預留位置挖一個坑，每次錨桿機的支腿緊靠迎頭煤壁，始終保持錨桿機的支腿與平臺面垂直，才能保證錨桿機更好地運轉。操作時有專人觀山指揮，人員不許進入空頂區進行工作，人員站位不得背靠煤壁側，發現頂板及其他問題將立即停止作業。

圖4 Y396切眼沿底上山掘進錨網支護施工示意圖

3.2.5 監測管理

施工巷道開頭點安設一個頂板離層儀，每掘進50 m安設一組錨桿測力計、頂板離層儀等，加強監測設備觀測，對巷道頂板的下沉量、巷道變形量、錨桿支護效果等進行日常動態監測，并做好記錄。同時加大檢查巷道錨網支護施工質量，對錨桿施工不符合技術要求，或是礦壓顯現導致錨桿失效、托盤變形等時，及時采取措施，保證掘進巷道頂板安全。

4 施工巷道支護效果

在Y396切眼上山掘進過程中，現場經過不斷分析研究和施工實踐，及時改進支護技術和制定施工對策，有效控制巷道掘進頭煤壁劈幫和防止頂板離層冒落，保證了巷道順利安全掘進施工。通過現場觀測，巷道掘進和后期巷道表面收斂情況、圍巖深部位移、頂板離層情況、錨桿錨索受力狀態進行了系統觀測和總結。結果表明，厚煤層沿底上山巷道在錨桿錨索聯合支護條件下，雖然巷道礦壓顯現明顯，尤其是在回采安裝期間，巷道變形量仍然較大，針對這種情況，在巷中加密錨索補強支護，支護效果較好。

5 結論

(1)錨網支護巷道時，巷道中部頂板支護效果尤為重要，錨索加強支護非常關鍵。

(2)進行厚煤層巷道支護時，錨桿以加固作業為主，旨在使其長度范圍以內的頂煤形成整體結構；錨索以懸吊作用為主，旨在把潛在冒落范圍的頂煤懸吊在上部較穩定的直接頂巖層上，阻止發生垮落。

(3)沿底上山施工，主要研究制定好巷道掘進頭煤壁劈幫和防止煤層頂板離層冒落的施工對策，以及確定出合理的錨桿支護技術方案。

(4)通過Y396切眼的掘進施工實踐，該經驗方法簡單可靠，施工速度加快，勞動強度減輕，施工安全可靠，支護效果理想。

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