厚硬基本頂下5-1022巷錨網梁索棚聯合支護技術應用

李建云

（霍州煤電集團汾源煤業公司，山西 霍州 035100）

雖然近年來國家一直在推進能源結構的轉變，但是社會經濟發展決定了短期內以煤為主的消費結構不會改變[1-2]。我國煤礦以井工開采為主，需要掘進大量的地下巷道，據統計，我國每年井下掘進巷道長度已經超過了2萬km，因此，實現服務期內巷道的穩定控制是保證煤礦高效開采的前提。為此，國內外專家學者和技術人員進行了系列研究和實踐，目前已形成了懸吊理論、組合梁理論、壓縮拱理論等理論假說，以及以錨桿為核心的主動支護和以架棚為核心的被動支護，而對于一些復雜條件下巷道支護常常采用主被動聯合支護方式[3-5]。

1 工程概況

5-1022巷為汾源煤業5-102工作面的回采巷道，主要用于通風、行人、運輸等。5-102工作面開采5號煤層，位于+1100 m水平，地面標高+1582～+1664 m，煤層標高+1179～+1267 m。該巷道井下位于一采區三條下山南翼，東部、南部、西部為未開采實體煤，東部距小煤窯警戒線最近距離為118 m。5-1022巷設計長度558 m，根據相鄰三條下山、5-1021巷及ZK2、ZK3鉆孔揭露地質資料分析，該工作面煤層整體為單斜構造，總體趨勢東高西低，煤層起伏變化較小，煤層傾角23°～27°，平均傾角25°，構造情況簡單。工作面煤層走向N9°W～N8°E，傾向SW-NW，煤層節理發育，5-1022巷掘進范圍內構造情況簡單，不會揭露較大構造。工作面基本頂主要巖性為中粒砂巖、泥質灰巖、粉砂巖，平均厚度17.95 m，不顯層理，屬堅硬巖層；直接頂主要巖性為泥質灰巖、泥巖，平均厚度4.09 m，不顯層理，含粉砂泥質結構，質軟；直接底主要巖性為泥巖，平均厚度2.1 m，半堅硬；基本底主要巖性為中-細砂巖，平均厚度5.2 m，裂隙較發育。5-1022巷設計為梯形斷面，掘進寬度上3.9 m/下5.0 m，掘進高度3.4 m。

2 厚硬基本頂下錨網梁索棚聯合支護技術

2.1 厚硬基本頂下巷道支護思路和原則

（1）及時主動支護原則

5-1022巷掘出后，其表層圍巖處于單向自由的受力狀態。未支護時，由于巷道直接頂為平均厚度4.09 m的泥質灰巖、泥巖，質軟，直接頂巖層易出現碎脹變形，因此，對直接頂泥質灰巖、泥巖施加主動支護，泥質灰巖、泥巖形成支護-圍巖主動結構，共同約束巷道變形。

（2）淺層圍巖被動強化支護

5-1022巷直接頂易出現碎脹變形，通過工字鋼棚對巷道進行強化支護，加強巷道圍巖的支護強度，避免巷道淺部巖層大面積碎脹變形。

（3）利充分用厚硬基本頂承載能力

5-1022巷基本頂為平均厚度17.95 m的中粒砂巖、泥質灰巖、粉砂巖，屬堅硬巖層，具備較強的承載能力。因此，5-1022巷圍巖控制應充分利用平均厚度17.95 m的中粒砂巖、泥質灰巖、粉砂巖巖層承載能力，顯著改善圍巖結構環境。

2.2 錨網梁索棚聯合支護技術

（1）頂板主動支護參數

頂板采用錨桿+錨索+錨梁+金屬網聯合支護，采用Φ22 mm×2200 mm高強錨桿，每排5根，間排距為800 mm，墊片選用150 mm×150 mm×8 mm拱形墊片，配1支ck2340型錨固劑和1支z2360型錨固劑，預緊扭矩不低于280 N·m；錨索選用Φ21.8 mm×8000 mm鋼絞線制作，每排施工2根，間距為1600 mm，排距為4000 mm，錨索托板采用300 mm×300 mm×14 mm拱形高強托盤，配2支ck2340型錨固劑和2支z2360型錨固劑，錨梁選用Φ12 mm×3400 mm、Φ12 mm×2600 mm鋼筋梁搭接使用，金屬網采用雙層網，網片選用900 mm×2000 mm鋼筋網片和1000 mm×10 000 mm的菱形網。

（2）幫部主動支護參數

幫部采用錨桿+金屬網支護，采用規格為Φ22 mm×2200 mm高強錨桿，每排8根，間排距為800 mm，墊片選用150 mm×150 mm×8 mm拱形墊片，配1支ck2340型錨固劑和1支z2360型錨固劑，預緊扭矩不低于280 N·m，金屬網采用雙層網，網片選用900 mm×2000 mm鋼筋網片和1000 mm×10000 mm的菱形網。

（3）工字鋼棚加強支護

工字鋼棚采用11#工字鋼加工制作，棚間距為1000 mm，背板采用1200 mm×150 mm×80 mm水泥背板。

圖1 巷道支護斷面圖（mm）

3 圍巖控制效果

將開發的厚硬基本頂下錨網梁索棚聯合支護技術應用于5-1022巷，在巷道掘進后，及時采用十字測試法監測巷道變形，圖2給出了5-1022巷掘進后0～120 d的巷道圍巖表面移近曲線圖。由圖可知，巷道掘進后2個月內，巷道變形速度較快，該階段內巷道頂、底、左幫、右幫變形量分別為105 mm、122 mm、89 mm、81 mm，平均變形速度分別為2.17 mm/d、1.87 mm/d、1.59 mm/d、1.44 mm/d。兩個月后，巷道變形速度有所減緩，巷道掘出2～3個月內，巷道頂、底、左幫、右幫累計變形分別為126 mm、147 mm、106 mm、97 mm，平均變形速度均降低至1.21 mm/d左右。巷道掘出3個月后，圍巖變形已經趨于穩定，變形速度降低至0.2 mm/d以下，巷道穩定后，巷道頂、底、左幫、右幫累計變形分別為129 mm、149 mm、107 mm、99 mm。綜上所述， 5-1022巷圍巖變形量均在可控范圍內，現場調研結果顯示，巷道未發生大的變形。

圖2 汾源煤業5-1022巷圍巖移近曲線

4 結語

巷道單一支護具有一定的局限性，以5-1022巷實際生產地質條件為工程背景，提出了及時強主動支護原則、淺層圍巖被動強化支護、充分利用厚硬基本頂承載能力的厚硬基本頂下巷道支護思路和原則，開發了厚硬基本頂下錨網梁索棚聯合支護技術。巷道圍巖變形情況顯示，頂、底、左幫、右幫累計變形分別為129 mm、149 mm、107 mm、99 mm，變形均可控，未發生大的變形，證明了厚硬基本頂下錨網梁索棚聯合支護技術及參數的合理性。