煤矿风化带下支护的研究

冯玉强

（平煤股份八矿掘进四队 河南 平顶山 467012）

近年来，随着煤炭行业的纵深发展，和煤炭企业集约化、集团化道路的深入，煤炭企业规模不断膨化，煤炭产量的加大，必将导致了矿井开采深度的延伸。然而，如何随着矿井向深部的延伸，逐渐开采周边遗留煤炭资源，及时封闭己采采区、减少通风阻力、漏风和巷道维修量，减少能源资源流失是我们所面临的新的问题。

我矿己四采区上部，靠近己15煤层露头区风化带，遗留有约50万吨的己组煤可采储量，由于风化带附近煤层的赋存状况极不稳定，煤层顶板岩性多变，近期未有风化带附近施工的先例，因此，对在工作面初始设计的基础上，随着两巷掘进施工揭露情况，及时优化采面两巷布置，及时选用合适的支护形式加强顶板管理，实现安全生产，进行立项研究是非常必要的，既能服务于当前的生产，又对类似地质条件下的掘进施工具有非常大的指导意义。

该项目研究的目的，一方面是如何根据揭露情况优化风化带附近采面两巷的布置，另一方面是如何合理选择支护形式，既保证顶板安全，减少材料投放，又能减轻工人的体力劳动，加快施工进度，实现安全生产。

1 研究的内容和技术方案

（1）研究内容①支护形式及参数的研究和确定；不同地质地段巷道顶板位移量与巷道跨度之间的关系；②内化带附近煤层赋存变化的规律。

（3）技术关键：①综合运用锚杆、锚索支护的腈悬吊理论、组合梁理论、围岩板动圈理论，经理论计算、实测和工程类比，根据位移观测的顶板位移与形变，合理选择支护形式，在风化带附近最大限度推广锚网支护，又要保证顶板的安全。②根据风化带附近煤层赋存的规律，及时优化两巷布置，以有利于回采和煤质管理。

2 实施方案

（1）运用锚网索支护的悬吊理论、组合梁理论、围岩松动圈理论及顶板岩性，对支护规格进行验算，初步确定支护材料规格。

（2）采用“+”字测点法和双高顶板离层仪对邦顶位移量进行观测，每日由专人做好记录，通过邦、顶位移观测资料的整理和分析，掌握巷道宽度与顶板岩性对顶板位移量度的影响。顶板位移的速度按以下数值来控制；

a:巷道施工后10内,顶板下沉小于50mm,下沉速度小于5mm/d；

b:巷道施工后50天内,顶板下沉量小于150mm,下沉速度小于3mm/d；

超过以上范围之一，立即改变支护形式，改架29“U”4194型拱缩棚支护，棚距 600mm。

根据风巷揭露风化带的情况，及时对原设计进行优化，煤层风化严重时，风巷甩刀把避开风化带施工。

我国航空材料标准化历经50多年的发展，特别是通过“十五”和“十一五”的努力，始终坚持积极采用、理性参考国际先进标准，充分结合我国国内生产实际，以及科研、生产、使用相结合的原则，使标准在保持一定先进性的同时，具有较强的可操作性和实用价值，目前我国已经建立了基本完整的航空材料标准体系。[11]这些构成标准体系的数据、标准、材料等在我国军用航空材料的设计、研发、制造、生产及采购方面发挥了极其重要的作用。

3 支护参数的选定

根据以上确定的支护参数,选定己15-14000机、风巷锚网索支护规格为：

（1）顶锚杆使用Φ20mm,L=2000mm的高强全螺纹树脂锚杆；

（2）帮锚杆使用Φ20mm,L=2000mm的强锚杆；

（3）锚索使用Φ15.24mm,L=6000mm高强度低松弛预应力钢绞线；

（4）顶网使用4.6m×0.9m规格的4#冷拔丝编织经纬网，网格40×40mm；顶网两头各下垂300mm,以便帮顶网搭接；

（5）上下帮网分别使用 3.0m×0.9m和2.4m×0.9m规格的4#冷拔丝编织经纬网，网格40×40mm；

（6）顶板每排布置一根钢筋梯梁，钢筋直径16mm，梁长4.0mm；

（7）顶板每排布置7根高强锚杆，上、下帮分别布置5根和4根等强锚杆；

（8）顶、帮锚杆、排距均为 750±50mm；

（9）锚索按“三花眼”方式布置，锚索间×排距为2000×2250mm，误差±100mm。

4 施工设置

顶板锚杆孔和锚索孔采用QBT系歹风动锚杆钻机配S19中空六方接长式钻杆、Φ27mm双翼合金钻头打眼和安装，两邦锚杆孔采用MDZ-1。20煤电钻配Φ32mm小孔径麻花钻杆打眼，用压风吹清眼内浮煤屑。顶锚杆用风动锚杆机搅拌、紧固锚杆螺帽，邦锚杆用煤电钻搅拌药卷，用加力杆人工紧固锚杆螺帽。锚索顶应力张位使用手动油泵及千斤顶。

5 施工工艺及特点

（1）掘进机割煤时，必须自上向下、均匀缓慢割煤，先割上部再割下部，防止上部煤体悬空，带动两邦煤体跨落，引起片帮。

（2）锚索布置为三花眼方式，利用锚索将锚杆固范围内的伪顶和直接顶板岩层悬吊于完整坚固的复合顶岩体上，锚索及时预紧后，阻止顶板岩层的离层。

（3）顶、帮网使用强度较大的4#冷拔丝纺织经纬网，增强护帮能力，避免邦网强度低造成邦网成兜状。

（4）严格按锚杆、锚索施工工艺要求作业，尤其是在树脂药卷数量上不能弄虚作假，必须安排验收员现场监督每根锚杆装树脂药卷数量不低于2卷，锚索不低于5卷，使锚杆、锚索具体有足够的锚固力。

（5）锚杆的施工质量要做为现场管理上的重点认真检查验收，所有锚杆托盘必须全部紧贴岩面，螺帽拧紧，否则，如果存在个别锚杆固力小，顶板会首先从锚板固力大的锚板处产生局部应力集中，破坏单根锚杆，而后应力会向周围传递，直至整个支护系统破坏。

（6）改进临时支护手段，引进新型的水压单体支柱，这种单体支柱具有轻便、易搬运、使用方便灵活的特点，初撑力较高，掘进机割出空窑后，及时将单体支柱配合大板对顶板进行临时支护，防止顶板离层，不仅有利于工作面安全生产，而且最大程度地保持顶板的完整性，为顶板安全打下了基础。

6 安全技术措施

（1）全员贯彻学习《作业规程》和《操作规程》，并执行签字和考试。

（2）开工前首先检查工作地点10m范围内的支护，发现锚杆螺丝松动、锚盘不贴岩面、锚索没有张紧，必须先处理后开工，确保开工安全。

（3）必须坚持正规循环作业，割煤前，先将中心延至工作面，画出切割轮廓线再切割，防止割偏，严格按综掘施工工艺、切割示意图作业，综掘循环进尺1.4米，如遇断层、地质构造带等需要爆破施工时，严格按爆破图表标定炮眼位置，掌握好炮眼深度、角度及装药量，炮掘循环进尺0.6m。

（4）严禁空顶作业，最大空顶距1.6m，使用好临时支护，及时使用前探支护，配合大板接实顶板。

（5）原则上留伪顶施工，但临近风化带时，必须根据顶板岩性，决定是否破、留伪顶施工。严格执行敲帮问顶制度，每次施工前用长钎子找掉活矸危岩，问顶人员要站在支护良好的安全地点。

（6）工作面的各项工作都必须设有经验的工人观山，发现顶板异常，立即喊叫撤人。

（7）工作面遇到构造或顶板破碎，压力大时，要及时缩小排距、加密锚索，必要时套架或改架4194型拱缩棚子。

（8）加强顶板离层监测，安设顶板离层仪并采用十字交叉法观察顶板下沉量、下沉速度、底鼓量及两邦位移量，发现顶板有离层倾向或巷道顶板下沉量、下沉速度存在问题时，立即采用补板锚索或套4194拱缩棚，加强支护。

7 结论

通过对该项目的研究应用，多次根据地质条件，对该备采工作面风巷和切眼的布置进行了优化，尽最大可能甩掉风化带地段，成功完成了该工作面的掘进施工，完成了扩切眼工程，实现了安全生产，并为将来回采时的顶板管理打下了良好的基础。同时，掌握了浅埋淡深、风化带附近掘进施工顶板位移量与顶板岩性和巷道跨度之间的关系，为特殊地质条件下的风化带附近掘进施工管理总结出了有益的经验。