巨厚堅硬頂板下切巷錨網索柱主動聯合支護技術應用

高士超

（晉能控股煤業集團有限公司煤峪口礦，山西 大同 037003）

隨著科學技術的不斷進步發展，采掘裝備不斷更新迭代，采掘裝備的尺寸也逐漸加大。有關資料顯示，我國現有的采煤機滾筒直徑已達3.0 m 以上，液壓支架長度更是達到了8.0 m 以上[1-5]。

1 工程概況

煤峪口礦8701 工作面位于307 盤區11#層，北與307 盤區巷道相連，東為8703 工作面，南為永定莊礦11#層81004 采空區，西為永定莊礦11#層81006 采空區。工作面標高1 001.3～1 013.8 m，地面標高1 347.9～1 362.8 m。8701 工作面切巷長度176.1 m，計劃布置1 臺MG300/700-AWD 采煤機、1 部SGZ-764/630 刮板輸送機、120 架ZZSX-6000液壓支架。切巷為矩形斷面，尺寸6500 mm×3000 mm。切巷布置示意圖如圖1。

圖1 切巷布置示意圖（mm）

工作面開采的區域煤層走向近似NW-SE，傾向NE，傾角2°～5°，平均4°，煤層厚2.37～5.31 m，平均4.53 m。煤層結構簡單，厚度變化不大，裂隙不發育，屬于穩定煤層。煤層直接頂為深灰色粉砂巖，厚度為0.82～2.10 m，平均厚度1.40 m，抗壓強度為154.6～165.3 MPa，普氏系數15～16；基本頂為淺灰白色的粉砂巖與細砂巖互層結構，厚21.49～41.64 m，平均厚度24.4 m，巖性以粉砂巖為主，抗壓強度為175.1 MPa，普氏系數18；直接底為灰白色細砂巖，厚度3.60～6.62 m，平均4.00 m，膠結堅硬。

2 錨網索柱主動聯合支護技術

8701 工作面基本頂屬于堅硬巖層，其巖層厚度及巖性賦存穩定，具備較強的承載能力，加上8701工作面切巷斷面尺寸為6500 mm×3000 mm，頂板跨度相對較大，巷道圍巖控制相對困難，因此采用一次掘巷、二次擴巷的成巷技術，同時采用錨網索柱主動聯合支護技術，以實現巨厚堅硬頂板下切巷圍巖的穩定控制。

錨桿和錨索的高預緊力可實現主動支護效果，促使巷道圍巖與支護結構形成統一承載體，同時長度6000 mm 的錨索將錨桿形成淺部錨固區域錨固至巨厚堅硬頂板巖層，可充分發揮其承載能力，從而實現切巷的穩定控制。

2.1 一次掘巷支護技術

11#層8701 工作面切巷一次掘巷斷面尺寸為4200 mm×3000 mm，采用錨桿+錨索+W 鋼帶+金屬網聯合支護，巷道支護斷面如圖2，具體技術參數如下：

圖2 巷道支護斷面圖（mm）

（1）頂板采用錨桿+錨索+W 鋼帶+金屬網聯合支護。錨桿為直徑20 mm、長度2000 mm 的高強錨桿，間排距900 mm×1000 mm，每排布置4 根，與非工作面側巷幫夾角施工1 根角錨栓，每根錨桿配套2 支樹脂錨固劑（K2335、Z2360 各1 支），錨桿錨固力設計100 kN，預緊力矩設計270 N·m，錨桿采用4 mm 厚的W 鋼帶連接。錨索采用規格為直徑17.8 mm、長度6000 mm 的鋼絞線，間排距1500 mm×2000 mm，每排布置3 根，每根錨索配套3 支樹脂錨固劑（1 支K2330、2 支Z2360），錨索張拉預緊力設計40 MPa，金屬網為菱形，由10#鐵絲編制，規格4400 mm×1100 mm。

（2）非工作面側巷道采用錨桿+W 鋼帶+金屬網聯合支護。錨桿為直徑20 mm、長度2000 mm的高強錨桿，間排距1000 mm×1000 mm，每排布置2 根，與工作面頂板夾角施工1 根角錨栓，每根錨桿配套2 支樹脂錨固劑（K2335、Z2360 各1 支），錨桿錨固力設計100 kN，預緊力矩設計270 N·m，錨桿采用4 mm 厚的W 鋼帶連接，金屬網為菱形，由10#鐵絲編制，規格2800 mm×1100 mm。

2.2 二次擴巷支護技術

11#層8701 工作面切巷二次擴巷斷面尺寸為2300 mm×3900 mm，擴巷區域頂板采用錨桿+錨索+W 鋼帶+金屬網+點柱聯合支護，具體技術參數如下：

錨桿規格為直徑20 mm、長度2000 mm 的高強錨桿，間排距800 mm×1000 mm，每排布置3 根，每根錨桿配套2 支樹脂錨固劑（K2335、Z2360 各1支），錨桿錨固力設計100 kN，預緊力矩設計270 N·m，錨桿采用4 mm 厚的W 鋼帶連接。錨索采用規格為直徑17.8 mm、長度6000 mm 的鋼絞線，間排距1500 mm×2000 mm，每排布置2 根錨索，第一根錨索距左側錨索600 mm 布置，每根錨索配套3 支樹脂錨固劑（1 支K2330、2 支Z2360），錨索張拉預緊力設計40 MPa。金屬網為菱形，由10#鐵絲編制，規格4400 mm×1100 mm。在距工作面側2100 mm 位置布置1 根帶帽點柱進行加強支護，點柱長度3000 mm，柱帽規格500 mm×200 mm×50 mm，柱距1000 mm。

3 效果分析

將錨網索柱主動聯合支護技術應用于切巷支護中，采用十字測試法監測了8701 工作面切巷掘巷時期的圍巖移近情況，結果如圖3。8701 工作面切巷成巷后圍巖變形可分為：圍巖失穩階段、圍巖失穩調整變形階段、圍巖穩定階段。

圖3 切巷圍巖移近曲線圖

圍巖失穩階段是切巷初掘時期，圍巖穩定性受開挖擾動，圍巖處于失穩狀態。該階段圍巖變形量較大，主要集中在成巷40 d 內，該階段頂板、非工作面側幫、工作面側幫移近速度分別約2.14 mm/d、1.43 mm/d、1.90 mm/d。圍巖失穩調整變形階段是指圍巖及支護結構將失穩的圍巖逐漸調整為穩定的階段。該階段圍巖變形速度有所降低，主要集中在成巷40～80 d 內，該階段頂板、非工作面側幫、工作面側幫移近速度約1.16 mm/d、0.59 mm/d、0.17 mm/d。圍巖穩定階段是指在圍巖及支護結構作用下圍巖變形速度趨近于0，切巷不再發生大的變形。該階段在成巷80 d 后，頂板、非工作面側幫、工作面側幫移近量為132 mm、81 mm、107 mm。

綜上所述，錨網索柱主動聯合支護技術實現了巨厚堅硬頂板下11#層8701 工作面切巷的穩定控制。

4 結論

巨厚堅硬頂板巖層具有較強的承載能力，以11#層8701 工作面切巷賦存平均厚度24.4 m 的粉砂巖與細砂巖互層結構為工程背景，采用一次掘巷、二次擴巷的成巷技術，初次掘巷4200 mm×3000 mm，二次擴巷2300 mm×3000 mm，同時，采用錨網索柱主動聯合支護技術。切巷在成巷80 d 后圍巖穩定，頂板、非工作面側幫、工作面側幫移近量分別為132 mm、81 mm、107 mm，實現了11#層8701 工作面切巷的穩定控制。