巨厚表土層薄基巖深部礦井煤巷支護體系優化及現場實踐

李冬冬 張瑞凱 孟祥閣

（兗煤菏澤能化有限公司趙樓煤礦，山東 鄆城 274705）

趙樓煤礦位于巨野煤田中部，具有埋深大、表土層厚、基巖薄及地質條件復雜的特征，開采前期存在煤巷變形大、頂板管理困難等諸多問題，成為制約礦井安全高效發展的不利因素。經過近幾年的不斷優化和實踐，礦井摸索出了一套適用于自身特殊地質條件的錨網索支護體系，有效地控制了巷道圍巖變形，保障了安全生產。

1 礦井概況

趙樓煤礦位于山東省巨野煤田中部，井田面積143.354 9 km2，現核定生產能力330 萬t/年，批準開采標高-600～ -1200 m。礦井開拓方式為單一水平立井開拓，開采水平-860 m；主采煤層為山西組3煤層，平均厚度5.33 m；采用走向長壁綜合機械化放頂煤開采工藝，全部垮落法管理頂板。礦井煤巷主要為工作面回采順槽，沿煤層底板布置，多為托頂煤巷道，采用錨網索支護。

趙樓井田為華北型石炭-二疊系全隱蔽式井田，煤系地層以奧陶系為基底，沉積了石炭系本溪組、石炭-二疊系太原組、二疊系山西組及石盒子組，其上被新近系和第四系所覆蓋，主要含煤地層為太原組和山西組。礦井具有巨厚表土層、薄基巖特征，自東向西表土層厚度逐漸增大，工廣區表土層厚度為470 m，西部區域表土層厚度最大為740 m，現生產采區工作面基巖厚度最小為103 m，且多為泥、砂巖互層。

井田內次一級寬緩褶曲比較發育，軸向主要為NE及NW向，具有中、西部延展較長，東部延展較短，背、向斜相間排列的特點。縱觀全井田，地層傾角呈中、西部較緩，東部較陡的趨勢，井田內褶曲共17 個，其中背斜7 個，向斜10 個。礦井地質條件特殊且構造發育，地應力較為復雜，對巷道支護要求較高。

2 礦井原煤巷主動支護情況

2.1 原煤巷主動支護概況

頂板支護：采用6 根Φ22 mm×2400 mm 的KMG500 高強螺紋鋼樹脂錨桿配合4800 mm（長）×140 mm（寬）×10 mm（厚）的T 型鋼帶支護，錨桿設計間排距850 mm×800 mm，錨固力不小于150 kN，預緊扭矩不小于200 N·m，護網采用5000 mm×1000 mm 的8#鍍鋅鐵絲菱形網。頂板布置錨索槽鋼梁加強支護，每根梁均勻布置3 根錨索。錨索選用Φ22 mm×6200 mm 高強度低松弛預應力鋼絞線及配套鎖具，槽鋼梁選用3400 mm長18#B槽鋼。錨索設計間排距為1200 mm×1600 mm，設計錨固力不低于200 kN。

幫部支護： 巷道兩幫各采用5 根Ф20 mm×2500 mm 的KMG500 左旋無縱筋全螺紋錨桿配合長3500 mm（長）×80 mm（寬）×4 mm（厚）的窄鋼帶，錨桿設計間排距800 mm×800 mm，錨固力不小于150 kN，護網采用5000 mm×1000 mm的8#鍍鋅鐵絲菱形網。對于沿空巷道，在巷道兩幫分別施工兩根Ф22 mm×3500 mm 錨索加強支護，錨索間排距1600 mm×1600 mm。

上述支護具體見支護斷面圖1。

圖1 礦井原煤巷主動支護斷面圖（mm）

2.2 存在主要缺點

（1）頂板支護強度不足。主要體現在護網防腐能力差，長時間使用易漏網失效；槽鋼錨索梁強度不足，受力易變形、折斷。

（2）幫部支護強度不足。主要體現在窄鋼帶強度不足，受力易變形、折斷；沿空幫部錨索加強支護效果不佳，單錨索+托盤支護形式無法充分發揮復合支護能力。

（3）錨桿（索）設計錨固力較低，且讓壓量不足，巷道大變形時易失效或斷裂。

3 改進后礦井煤巷支護情況及支護效果

3.1 主要優化內容

（1）將單層網優化為雙層網，即外層使用金屬菱形網，內層使用高分子塑料網；將18#B 槽鋼錨索梁優化為29U 型鋼錨索梁。

（2）將80 mm 寬的窄鋼帶優化為140 mm 寬的T 型鋼帶；沿空幫部單錨索+托盤優化為18#B槽鋼錨索梁，提高支護整體性。

（3）增大錨桿（索）錨固力并增加讓壓裝置，保證主動支護效果；適當縮小錨桿（索）間排距。

（4）針對淋水區等特殊地點，使用的錨桿（索）采用熱浸鋅防腐工藝處理，大大提高支護材料的防腐能力，保證長時間使用支護效果。

3.2 煤巷主動支護優化

頂板支護：采用7 根Φ22 mm×2400 mm 的KMG500 高強螺紋鋼樹脂錨桿配合4800 mm（長）×140 mm（寬）×10 mm（厚）的T 型鋼帶支護，錨桿設計間排距730 mm×800 mm，錨固力不小于190 kN，預緊扭矩不小于300 N·m，錨桿尾部安設一個FZJ-R1/1 單泡讓壓環讓壓，護網采用5000 mm×1000 mm 的8#鍍鋅鐵絲菱形網配合高分子塑料網雙層網形式。頂板布置29U 型鋼錨索梁加強支護，每根梁均勻布置3 根錨索。錨索選用Φ22 mm×6200 mm 高強度低松弛預應力鋼絞線及配套鎖具，鋼梁選用4400 mm 長29U 型鋼。錨索設計間排距為2000 mm×1600 mm，設計錨固力不低于240 kN，錨索尾部安設一個FZJ-R1/2 雙泡讓壓環讓壓。

幫部支護： 巷道兩幫各采用5 根Ф20 mm×2500 mm 的KMG500 左旋無縱筋全螺紋錨桿配合長3800 mm（長）×140 mm（寬）×5 mm（厚）的T 型鋼帶，錨桿間排距850 mm×800 mm，錨固力≥160 kN，錨桿尾部安設一個FZJ-R1/1 單泡讓壓環讓壓。護網采用5000 mm×1000 mm 的8#鍍鋅鐵絲菱形網配合高分子塑料網雙層網形式。對于沿空巷道，在巷道沿空幫施工一組18#B 槽鋼錨索梁加強支護，實體側施工兩根錨索配合托盤加強支護；沿空側選用Ф22 mm×3500 mm 錨索，實體側選用Ф22 mm×6200 mm 錨索，錨索梁排距1600 mm，錨索尾部安設一個FZJ-R1/2 雙泡讓壓環讓壓。

上述支護具體見支護斷面圖2。

圖2 優化后礦井煤巷主動支護斷面圖（mm）

3.3 支護效果

通過對比同一采區臨近的5302 工作面軌道順槽和5304 工作面軌道順槽回采期間巷道頂底板和兩幫移近量可知：

（1）采用原支護方式的5302 軌道順槽兩幫移近量300～1000 mm，平均600 mm。采用優化后支護方式的5304 軌道順槽兩幫移近量250～500 mm，平均350 mm，相較于原支護方式變形量減小41.6%。

（2）采用原支護方式的5302 軌道順槽頂底板移近量100～600 mm，平均350 mm。采用優化后支護方式的5304 軌道順槽頂底板移近量100～400 mm，平均200 mm，相較于原支護方式變形量減小42.8%。

圖3 礦井煤巷支護優化前后巷道兩幫移近量對比圖

4 結論

通過對礦井原有煤巷支護體系的優化和現場實踐，回采巷道頂底板移近量減少37.5%，兩幫移近量減少42%，支護效果明顯。采用優化后的支護體系，可有效控制回采巷道變形量，增強巷道支護強度，充分保障礦井頂板管理安全。