大埋深托頂煤全錨索支護改革試驗技術研究與應用

王鵬鵬 王 岳 曹 正

（山東新巨龍能源有限責任公司，山東 菏澤 274900）

隨著開采深度的不斷增大，新巨龍公司工作面回采順槽受采動及采空區側向支承壓力影響，煤柱失穩變形嚴重，巷道圍巖變形量大，尤其強卸壓排粉后，實體幫煤體結構遭到破壞，密度和強度降低，支撐能力下降，圍巖變形加劇[1-2]。為控制回采順槽大變形破壞，公司以大埋深托頂煤條件下的-980邊界延深通道支護作為研究對象，通過采用理論分析、數值模擬相結合的研究方法，對標分析了巷道圍巖變形數據，優化支護參數，保證施工安全。

1 工程概況

-980邊界延深通道自導線點以北168m開門，開門點底板標高-904.7m，以方位角342.5°沿煤層底板施工1262m貫通。本區域煤巖層大致為一走向近南北的向斜構造西翼，走向30～240°，傾向300～330°，傾角3～6°，3煤頂板砂巖含水層約占山西組的31%左右，為3煤的直接頂板。砂巖單層厚度一般4～20m。巖性一般以細砂巖、中砂巖及細砂巖和粉砂巖互層為主，局部為粗砂巖，富水不均勻，富水性中等。

巷道斷面為矩形，凈寬4.8m，凈高4.0m，S凈=19.2m2；荒寬5.1m，荒高4.15m，S荒=21.2m2。水溝布置在東幫，凈寬×凈深=0.3m×0.3m，鋪塑料水槽。

2 支護形式介紹

2.1 原支護方案

采用“錨帶網索”作為永久支護，頂板支護錨桿采用MSGLW-600/22×2500無縱肋螺紋鋼樹脂錨桿，配合W鋼帶（規格長4800mm，眼距900mm）壓鋼筋網進行支護，兩幫錨桿采用MSGLW-600/22×2500無縱肋螺紋鋼式樹脂錨桿，使用規格為150×150×10mm的錨桿托盤壓鋼筋網（規格2400/1700×1000mm）支護，配W鋼帶（規格長2100/1200mm，眼距900mm）支護[3]。兩幫頂角錨桿向巷道頂板傾斜，與水平夾角為10～30°，配偏凸托盤。底角錨桿向巷道底板傾斜，與水平夾角為10～30°，配偏凸托盤（可使用修復托盤）。

頂板錨索布置在巷道頂板鋼帶之間，每排4棵，間排距為1200×2000mm。中間兩棵錨索垂直頂板打設，兩側錨索向巷道兩側傾斜，與鉛垂線夾角為20～30°。錨索采用Φ21.8mm×8300mm高預應力鋼絞線，確保錨索錨入穩定基巖深度不小于1.5m。兩幫鋼帶之間打設一根錨索，排距為3000mm，距頂板2150mm，西幫采用Φ21.8mm×6300mm高預應力鋼絞線，東幫采用Φ21.8mm×4300mm高預應力鋼絞線，配300×300×16mm的錨索盤，錨索垂直于煤壁打設[2-4]。

2.2 支護改革

頂板支護錨桿改為注漿錨索，配合5眼W鋼帶（規格長4800mm，眼距1125mm）壓鋼筋網進行支護。頂板鋼帶中間眼位錨索為6300mm注漿錨索，配規格為300×300×16mm托盤；其他眼位錨索為3800mm注漿錨索，配規格為150×150×10mm托盤。采用SKZ22-1/1770-3800～6300mm中空注漿錨索；頂板中間錨索必須垂直于巷道巖面，兩肩窩錨索向巷道兩幫傾斜，與鉛垂線夾角為10～30°。每棵錨索采用3支MSK(慢)2350型樹脂錨固劑進行錨固[3]。單根錨索設計錨固力應大于200kN，在漲拉錨索時錨索的預緊力應不低于180kN，錨索間排距1125×1000mm。注漿拖后迎頭不大于80m。

原頂板支護錨索改為SKZ22-1/1770-8300mm中空注漿錨索，每棵錨索采用3支MSZ2350型樹脂藥卷錨固，錨入穩定的基巖內不低于1500mm。頂板完整時，錨索拖后迎頭6m打設，頂板較破碎時，拖后迎頭不大于3m施工。注漿拖后迎頭不大于80m。

2.3 注漿錨索與普通高強錨索參數對比

本次實驗采用SKZ22-1/1770中空注漿錨索，為了對比SKZ22-1/1770中空注漿錨索與普通錨索參數的優越特征，本文統計了中空注漿錨索及普通高強錨索技術參數（表1）。

3 觀測數據對比分析

（1）巷道變形數值。選取支護改革實施前后的10個圍巖變形觀測站，獲得觀測數據（表2、表3），通過支護前后巷道圍巖變形幅度對比發現，采用大埋深托頂煤全錨索支護后的巷道圍巖變形幅度明顯減小。

表1 中空注漿錨索及普通高強錨索技術參數

表2 支護改革前后巷道圍巖變形最大量對比

表3 支護改革前后巷道圍巖變形平均量對比

（2）圍巖變形曲線分析。原支護方案：根據大埋深托頂煤-980邊界延深通道圍巖變形曲線（圖1）分析，支護改革前，巷道圍巖整體變形較大。最大變形量：兩幫最大移近3024mm，頂底板最大移近2100mm；其中，煤柱側上幫最大移近1320mm，下幫最大移近1704mm，頂板最大下沉831mm，底鼓最大1269mm。平均變形量：兩幫平均移近2649mm，頂底板平均移近1780mm；其中，煤柱側上幫平均移近1309mm，下幫平均移近1340mm，頂板平均下沉750mm，底鼓平均1030mm。55#表面位移測站于2017年9月8日初設，隨工作面推采，圍巖變形量逐漸增大，至2018年1月30日撤除，兩幫總移近3024mm，頂底板總移近2039mm。其中，上幫移近1320mm，下幫移近1704mm，頂板下沉923mm，底鼓1116mm。

圖1 2303N工作面上巷支護改革前圍巖變形曲線

支護改革后：-980邊界延深通道支護改革后，巷道圍巖整體變形量明顯減小。最大變形量：該巷兩幫最大移近2336mm，頂底板最大移近1563mm；其中，煤柱側上幫最大移近1133mm，下幫最大移近1203mm，頂板最大下沉681mm，底鼓最大882mm。平均變形量：該巷兩幫平均移近1425mm，頂底板平均移近874mm；其中，煤柱側上幫平均移近728mm，下幫平均移近697mm，頂板平均下沉334mm，底鼓平均540mm。66#表面位移測站于2017年10月30日初設，隨工作面推采，圍巖變形增量不明顯，支護改革后，至2018年4月20日撤除，兩幫總移近2336mm，頂底板總移近1154mm。其中，上幫移近1133mm，下幫移近1203mm，頂板下沉312mm，底鼓842mm，較未采取支護改革措施前的55#測點變形量明顯減小。

（3）支護前后對比結果。通過支護改革前后礦壓觀測對比分析，巷道兩幫平均移近減少1224mm，頂底板平均移近減少906mm。

4 結束語

在大埋深托頂煤巷道支護時，用錨索替代錨桿，增加了錨固厚度；用注漿錨索代替普通高強錨索，保證了錨固層的整體性。通過礦壓觀測對比分析，支護改革后大埋深托頂煤巷道兩幫平均移近量減少330mm，頂底板平均移近減少135mm；兩幫平均移近減少1224mm，頂底板平均移近減少906mm。大埋深托頂煤全錨索支護改革試驗支護效果顯著，圍巖變形得到有效控制，為工作面順利推采提供了有利條件。