深井大傾角高地壓松軟煤巷錨網索支護技術應用

史 青 苗國慶

（1.肥城礦業集團單縣能源有限責任公司，山東 肥城 271608；2.肥城礦業集團單縣能源有限責任公司 山東 菏澤 274300）

1 概況

陳蠻莊煤礦井田整體為單斜構造，傾向340°～347°，傾角25°～45°，平均30°。主采3 煤層1.0～3.6 m，平均3.3 m。煤層結構簡單，普氏硬度系數0.18。直接頂為泥巖，平均厚度1.3 m，灰色至深灰色，泥質結構；基本頂為粉砂巖，平均厚度5.2 m，灰色，質硬，滑面明顯，局部破碎且見垂直裂隙，易風化；直接底為泥巖，平均厚度1.5 m，灰黑色，泥質結構，與煤接觸面為炭質泥巖，破碎易風化。3204 軌道順槽揭露三煤異常區，主要表現為頂板破碎、煤層變薄、分叉、頂板局部有淋水。3 號煤層具有弱沖擊傾向性，煤層頂底板巖層無沖擊傾向性。

3204 軌道順槽沿煤層頂板掘進，巷道煤層埋深為1040～1140 m，原斷面凈寬為4000 mm，凈高為3500 mm，采用綜掘機施工。采用錨網索支護工藝，頂板采用高強預應力左旋無縱筋錨桿，Ф20 mm×2400 mm；幫部采用等強錨桿，選用全螺紋鋼錨桿，規格為Ф20×2400 mm，托盤為正方形，規格為長×寬=140 mm×140 mm，用厚10 mm 鋼板壓制成弧形。高強錨桿使用1 塊MSCK2550 型錨固劑和1 塊MSM2550 型錨固劑固定，等強錨桿均用2 塊MSM2550 樹脂錨固劑固定。錨桿錨固力不小于120 kN，預緊力矩300 N·m。錨索采用規格Ф17.8 mm 的鋼絞線制作，錨索全長6.3 m，錨索托盤規格：長×寬×厚=300 mm×300 mm×14 mm，每根錨固力不低于150 kN。錨索按2-1-2 布置，間排距為1600 mm×1600 mm，錨桿間排距800 mm×800 mm。原斷面支護圖如圖1 所示。

3204 軌道順槽掘進一段距離后發現巷道變形嚴重，幫部煤層松軟片幫，頂板局部下沉、底鼓。巷道大范圍擴修，帶來了大量投入，對頂板安全、工程投資和工作面接續影響較大。針對此問題，對巷道支護情況進行深入研究應用，并根據變形觀測情況及時優化，形成適合大傾角高地壓松軟煤層條件下的支護體系。

圖1 原斷面支護圖

2 巷道變形原因分析

（1）煤層埋藏深，傾角大，地壓高，掘進后煤炮多，容易發生片幫，頂板局部破碎。

（2）支護材料強度不足，錨桿和錨索直徑偏小，錨桿多出現幫部錨桿被鋼帶剪切脆斷，錨索在壓力較大區域出現連續斷裂現象。

（3）支護體系參數不合理，密度低。頂板錨索排距大，懸吊作用不足。

（4） 支護關鍵因素控制不到位。煤幫松動范圍大于錨桿支護范圍，幫部支護強度不足。由于煤層傾角大，側向應力顯現較為明顯，高幫側出現滑移現象，煤層與巖層頂底板交界面相互錯動，煤層底板處最大達到1 m，煤層頂板處達到0.6 m，低幫側肩窩處煤層側向應力集中，出現鼓幫現象，這三處發生錨桿脆斷、鋼帶撕裂情況明顯。

（5）幫部變形減弱了兩幫對頂板的支撐作用，造成頂板下沉。一般在幫部變形較大區域頂板下沉也較大，最大下沉量超過1 m。

3 支護優化關鍵技術

3.1 支護方式

為預留變形空間，滿足運輸設備使用需要，優化后斷面凈寬4600 mm，凈高3800 mm。

（1）頂板采用高強預應力左旋無縱筋錨桿、W鋼帶和錨索聯合支護。

每排布置7 根錨桿，錨桿間排距800 mm×800 mm，如巷道片幫導致頂板空頂300 mm 以上時，及時補打1 根頂部錨桿，靠近兩幫的錨桿與巷道頂板成75°夾角；支護按“3-2-3”布置，打設在W鋼帶空檔內，按照巷道中心線對稱布置，間排距為1600 mm×800 mm，靠近兩幫的錨索與巷道頂板成75°夾角。

（2）上幫采用等強螺紋鋼錨桿、W 鋼帶配合“天地斜拉錨索+高強度T 型鋼帶”聯合支護。

上幫每排布置7 根錨桿，間排距800 mm×800 mm，上幫第一根錨桿距頂板不大于300 mm，并上仰15°，底角錨桿距底板距離超過400 mm 時及時補打一根錨桿，底角錨桿垂直幫部下斜30°打設。上幫布置兩排T180 鋼帶，每根鋼帶打設2 根錨索，間距1600 mm，上幫第一排打設在頂板向下1500 mm 處，錨索斜向上45°打設，第二排打設在底板向上1500 mm 處，錨索水平打設；T180 鋼帶間距1600 mm。

（3）下幫采用等強螺紋鋼錨桿配合W鋼帶、“斜拉錨索+高強度T 型鋼帶”聯合支護。

每排布置4 根錨桿，間排距800 mm×800 mm，下幫第一根錨桿距頂板不大于300 mm，并上仰15°，底腳錨桿距底板距離超過400 mm 時及時補打一根錨桿，底角錨桿垂直幫部下斜30°打設。下幫打設一排T180 鋼帶，在底板向上1000 mm 處，錨索斜向上20°打設，T180 鋼帶間距1600 mm。優化后斷面支護圖如圖2 所示。

3.2 支護材料

（1）選用Q600 號鋼制作成高強預應力左旋無縱筋錨桿，規格為Φ22 mm×2800 mm；等強錨桿選用全螺紋鋼錨桿，規格為Φ22 mm×2800 mm，托盤為正方形，長×寬=200 mm×200 mm，用厚15 mm 鋼板壓制成弧形。高強錨桿使用1 塊MSCK2335 型錨固劑和1 塊MSM2350 型錨固劑固定，等強錨桿均用2 塊MSM2350 樹脂錨固劑固定。

（2）錨索采用Φ21.6 mm 的鋼絞線制作，錨索全長6300 mm；錨索托盤規格：長×寬×厚=300 mm×300 mm×16 mm；鎖具為QVM22-1 單孔鎖具；每根錨索用4 塊型號為MSM2350 樹脂錨固劑固定。

（3）頂部金屬網采用Φ6 mm 的冷拔鋼筋焊制，規格為長×寬=2000 mm×1000 mm，網格為長×寬=100 mm×100 mm；幫部金屬網采用Φ3.5 mm的冷拔鋼筋焊制，長×寬=2000 mm×1000 mm，網格為長×寬=60 mm×60 mm。

（4）W 鋼帶采用BHW270-2.75W 鋼帶，展寬300 mm，成型寬度270 mm，板材厚度2.75 mm。頂板W 鋼帶為4.4 m 和1.2 m 搭接使用，上幫W 鋼帶為2.0 m 搭接使用，下幫W 鋼帶為2 m+1 m 搭接使用。

圖2 優化后斷面支護圖（單位：mm）

4 支護技術優點

（1）加大了支護材料強度，滿足了大傾角、高地壓、松軟煤巷條件下的支護強度要求。一是錨桿由Q500 增大至Q600，加大錨桿直徑和長度至Φ22 mm×2800 mm；二是加大錨索直徑至Φ21.6 mm，加密錨索支護按“3-2-3”布置；三是錨桿預緊力矩由300 N·m 提高至400 N·m，每根錨桿錨固力由不低于120 kN 提高至228 kN，從而起到了強化支護的作用。

（2）加強了關鍵支護影響因素的控制，即通過加長錨桿長度減小了圍巖松動范圍，對大傾角側向應力起到支撐作用，提高了煤幫的完整性。

（3）采用了幫部“天地斜拉錨索+高強度T型鋼帶”的方式，將煤幫斜拉到頂底板巖層中不少于1000 mm。“天地錨索”上下協同作用，T 型鋼帶強度大，加固了縱向W 型鋼帶護表作用，兩者共同加強了幫部支護強度，將煤幫與頂底板巖石鎖定在一起，克服了煤幫側向應力，減小了側向移進。

（4）加大了巷道斷面。根據單軌吊使用和預留變形量的需要，巷道高度、寬度均進行了優化，有利于巷道長期使用。

5 結語

通過觀測，巷道成型質量明顯提升，控制了幫部變形和頂板下沉，移近量在0.2 m 以內，減少片幫90%，頂板下沉不超過0.05 m，底鼓不超過0.1 m，杜絕了巷道二次擴修帶來的費用投入和對生產的影響。與以往投入對比，每年可減少擴修人工和材料費用500 萬元。

在煤巷支護“強化支護、治頂先治幫”的理念指導下，通過加大支護材料強度、優化支護參數和支護方式，采用“天地斜拉錨索+高強度T 型鋼帶”的特殊支護方式，克服了高幫側向應力，頂板下沉和幫部移近問題得到解決，保證了后期回采期間正常使用，杜絕了巷道擴修，形成了深井大傾角高地壓松軟煤層條件下的煤巷錨網索支護體系。