三軟復合頂煤層高應力區煤巷支護形式研究

李梅東 盧建建 臧云濤

（山東良莊礦業白石崖煤礦，陜西 銅川 727104）

1 概況

陜西省銅川市耀州區白石崖煤礦地處黃隴侏羅紀煤田旬耀礦區東段，行政區劃屬銅川市耀州區照金鎮管轄。4107工作面處在井田向斜軸部，4107軌道巷位于+992水平一盤區西翼，南鄰4105運輸巷，巷道埋深413m，全長約918m，開門處底板標高+918.5m，巷道按真方位236°，沿4-2煤層頂板掘進。4107軌道巷北部尚未開采，上鄰4105面正在開采，走向北西至北東，煤層傾向北東至南東，傾角 5°～8°。

該采區4-2煤較復雜：煤層中含多層碳質砂巖及泥質粉砂巖夾矸，其中煤頂向下2.7m左右，含一層厚0.1～0.3m左右較穩定的泥質粉細砂巖夾矸，其它幾層夾矸不穩定，煤層夾矸平均厚度0.4m，純煤厚3.1m。煤4-2直接頂板以粉砂巖為主，部分地段相變為泥巖，炭質泥巖、粉砂巖灰色、深灰色近水平層理，裂隙發育被方解石充填，抗壓強度變化較大15.0～16.2MPa，平均15.5MPa，屬軟弱的不穩定頂板。局部頂板砂巖水以淋水方式進入迎頭，經過淋水侵蝕和浸泡，圍巖強度大大降低，對巷道的支護效果也產生了較嚴重的影響。綜合考慮以上因素，結合圍巖特性，確定4107軌道巷為Ⅳ類不穩定圍巖。底板以灰色、灰黑色炭質泥巖為主，據巖石力學試驗資料，抗壓強度2.1～15.4MPa，屬軟弱巖石，膨脹率0.198～4.182，含水率5.13%，易吸水發生底鼓。

2 實施過程

為校驗不同支護形式對三軟煤層高應力區煤巷的支護效果，該礦對4107軌道巷分階段采用了不同支護方式，并對各階段的支護效果進行了礦壓觀測。

2.1 支護方式一

4107軌道巷掘進寬度4.2m，高3.2m。考慮到以錨桿為主體構件的錨帶網+錨索支護具有較好的可縮性和較高的承載能力，把錨固力大、性能穩定的全螺紋鋼等強錨桿作為首選，巷道頂、幫先期采用錨帶網+錨索支護。支護規格：頂板采用Φ22×2200mm全螺紋鋼等強錨桿，兩肩窩采用Φ22×2400mm全螺紋鋼等強錨桿配W型鋼帶、托盤及金屬菱形網，每排6根錨桿，排距1000mm；錨索采用Φ17.8×8300mm金屬鋼絞線，每根錨索使用5根Φ28×350mm樹脂錨固劑，錨固長度不低于1500mm，錨固力不低于200kN,配20#槽鋼加工的托梁，錨索布置在巷道中間，間排距1600×2000mm；兩幫采用Φ22×2200mm全螺紋鋼等強錨桿配M鋼帶護幫，掛雙向拉伸網，每排8根錨桿，排距1000mm，錨桿環形及走向布置一條線。每根錨桿配兩塊Z2835型樹脂錨固劑加長錨固，頂板錨固力不低于130kN，兩幫錨固力不低于70kN,預緊力不低于400N·m。巷道圍巖破碎時，錨桿排距縮至900mm，支護方式一延米單價3425元/m。

4107軌道巷段距離4105工作面停采線較遠，根據礦壓觀測數據，巷道圍巖變形量為6mm/d,符合正常的巷道圍巖變形范圍。說明該支護方式能夠較好地適應動壓較弱的三軟煤層復合頂煤巷。支護方式一適用于動壓較弱的三軟復合頂煤層煤巷。

圖1 4107軌道巷支護方式一（單位：mm）

2.2 支護方式二

巷道掘進到距離4105工作面150m處時，巷道壓力逐漸增大，巷道圍巖移近量增大，表明上述支護強度、密度不能有效地阻止變形。為此，采取了以下措施：

（1）將巷道掘進寬度改為4.5m，高3.4m，仍采用錨帶網+錨索聯合支護，錨桿排距變為900mm，錨索排距改為1800mm。支護方式二延米單價3750元/m。

（2）在錨桿、錨索排距縮小后，盡管巷道斷面擴大，但支護密度得到了增加。根據礦壓觀測數據，巷道圍巖變形量為9mm/d,符合正常的巷道圍巖變形范圍，說明縮小錨桿、錨索排距，適當增加巷道掘進斷面，能夠較好地控制圍巖變形適應應力影響，巷道圍變形可滿足生產安全需要，不會造成巷道失修現象。

圖2 4107軌道巷支護方式二（單位：mm）

2.3 支護方式三

當巷道掘至4105工作面50m時，應力繼續增大，兩幫出現網兜，頂板下沉量增加，施工時迎頭、兩幫片幫。為此，采取了以下措施：

錨桿排距變為800mm，錨索排距變為1600mm，間距1600mm，每排3根。兩幫每1600mm在兩排幫鋼帶中間加一根幫錨索加強支護，幫錨索采用Φ17.8×4300mm金屬鋼絞線，每根錨索使用5根Φ28×350mm樹脂錨固劑，錨固長度不低于1500mm，錨固力不低于200kN,配蝶形托板。支護方式三延米單價3950元/m。根據礦壓觀測數據，頂板下沉、片幫、網兜等現象得到控制，巷道圍巖變形量為10mm/d,說明這種支護方式能有效控制巷道圍巖變形。

圖3 4107軌道巷支護方式三（單位：mm）

采用縮小錨桿、錨索排距，增加頂、幫錨索通過高應力影響區后，巷道受力逐漸穩定，但該施工巷道處在4105工作面采空區范圍內，動壓仍較強，采用支護方式一不能有效地控制巷道變形。如繼續采用支護方式三，雖然支護效果較好，但延米單價比支護方式二每米增加200元。在動壓較強區域采用支護方式二，能有效控制圍巖變形，除軟底變形外，頂板、兩幫支護體很好地控制軟底變形誘發的圍巖破壞。根據礦壓觀測數據，巷道圍巖變形量為8mm/d，符合正常的巷道圍巖變形范圍，每米巷道又可節省200元施工費用。故該礦重新采用支護方式二。

3 結論

在4107軌道巷施工過程中，根據巷道所處不同采動壓力區，先后采用三種支護方式控制巷道圍巖。支護方式一適用于三軟復合頂煤層煤巷采動應力較弱時；支護方式二，增大掘進斷面，縮小錨桿、錨索排距，適用于三軟復合頂煤層煤巷采動應力較強時；支護方式三，采用錨帶網+頂錨索與幫錨索聯合支護，適用于三軟復合頂煤層煤巷采動高應力區。

根據礦壓觀測及時調整不同壓力區的巷道支護方式，既能有效控制圍巖變形，又可節省成本費用，解決了應力區巷道變形失修的問題。