“三软”松散厚煤层锚网索支护技术的应用

摘要：介绍了大倾角“三软”松散厚煤层锚网索支护参数、支护材料、井下施工工艺等在石炭井焦煤公司使用和推广应用。

关键词：大倾角松散厚煤层支护技术 推广应用

1 煤层基本概况

石炭井焦煤公司是神宁集团公司在银北矿区的焦煤生产主力矿井，4#煤层平均厚度5.6m，为较稳定的厚煤层，复杂结构，多呈细线理状与均一状，镜煤内生裂隙发育，其煤岩特征以凝胶化基质为主，含丝炭化物质较高，矿物杂质含量较高，且以浸染状和与有机物质有联系的泥质为主，硬度系数为0.73。煤层厚度由南往北逐渐增大，平均倾角23°，局部倾角达40°。煤层顶、底板裂隙发育，较破碎，其老顶、老底砂岩多属硬脆性的岩石，在外力作用下易碎裂、崩塌；其直接顶、直接底泥岩发育较多的水平层理具滑面，岩石质量劣～中等，岩体完整性属完整性差～中等完整；硬度系数基本都小于3，属软弱类岩石易冲击破碎，煤层属大倾角“三软”厚煤层。

在石门揭煤时，经常出现顶部煤层冒落现象，给巷道支护带来很大困难。4号煤采用分层开采方法开采上分层时，上下顺槽两帮变形严重，在回采过程中必须进行刷帮处理才能满足生产要求。综放开采是一种高效采煤方法，目前综放开采技术已在我国煤炭生产企业大面积推广使用。石炭井焦煤公司在4号煤以外的其他厚煤层均采用了这种采煤方法，在4号煤却从未尝试过综放开采。究其原因，主要是4号煤节理裂隙非常发育，究其原因，主要是4号煤节理裂隙非常发育，全煤巷道的支护问题成为制约该煤层综放开采应用的最大技术难题。

2 试验点调查和地质力学评估

Ⅲ020402综放工作面位于三水平三、四号区内。东部为2364采空区，北部、南部、西部及下伏均为未开拓煤岩系地层。工作面距地表垂深约449～520m，地表岩石裸露，地面无建筑物及保护物。该工作面布置巷道2条，分别为机巷和风巷，巷道方位角均为326°，机巷、风巷和切眼均布置在4#煤层中，根据采矿巷道布置设计，顺槽巷道沿底掘进，切眼沿顶板掘进。机巷设计长度654m，风巷设计长度677m，切眼长度113m。

2.1 巷道围岩岩性和强度。四层煤为复杂结构的厚煤层，含八层夹矸，掘进范围内煤层沉积稳定，从石门揭露资料分析，由北向南，煤层逐渐变厚，煤层属于半光亮型，是炼焦煤，平均产状为：走向146°；倾向236°；倾角23°，平均煤厚为5.6m，煤层普氏硬度为0.73。

煤层直接顶为泥岩，灰黑色，薄层状，水平层理含植物化石，平均厚度2.6m；老顶为3.0m的粉砂岩，灰黑色，含植物化石及泥质结核，水平层理。

煤层伪底为泥岩，灰黑色，炭质光面，性脆，平均厚度0.4m；直接底为5.7m左右的粉砂岩，灰黑色，中厚层状，含植物化石。

2.2 地质构造和围岩结构。根据上733运石、上720运石、所揭露的地质资料分析，预计该工作面在掘进过程中将揭露DF5所派生的隐伏构造。对掘进无直接影响。

2.3 地应力。神宁集团石炭井焦煤公司没有进行过地应力测量，从掘进揭露情况看，随着采区向深部延伸，巷道压力有增大的趋势。由于条件不具备，无法前期进行地质力学测试，随后进行系统的地质力学测试，并根据测试分析结果完善初始设计。

3 设计原则

①一次支护原则。锚杆支护应尽量一次支护就能有效控制围岩变形，避免二次或多次支护。一方面，这是矿井实现高效、安全生产的要求；另一方面，这是锚杆支护本身的作用原理决定的。②高预应力和预应力扩散原则。一方面，要采取有效措施给锚杆施加较大的预应力；另一方面，通过托板、钢带等构件实现锚杆预应力的扩散，提高锚固体的整体刚度与完整性。③“三高一低”原则。在提高锚杆强度、刚度，保证支护系统可靠性的条件下，降低支护密度，减少单位面积上锚杆数量，提高掘进速度。④临界支护强度与刚度原则。锚杆支护系统存在临界支护强度与刚度，如果支护强度与刚度低于临界值，巷道将长期处于不稳定状态，围岩变形与破坏得不到有效控制。⑤相互匹配原则。锚杆各构件，包括托板、螺母、钢带等的参数与力学性能应相互匹配，以最大限度地发挥锚杆支护的整体支护作用。⑥可操作性原则。提供的锚杆支护设计应具有可操作性，有利于井下施工管理和掘进速度的提高。⑦在保证巷道支护效果和安全程度，技术上可行、施工上可操作的条件下，做到经济合理。

4 巷道断面及支护参数选择

4.1 巷道断面。通过对已掘巷道现有支护状况和矿压显现情况调查结果；机巷、风巷和切眼基本地质资料；现有科技成果和工程实践经验并对比类似地质条件矿井类似支护形式巷道变形量，预计在保证施工质量的前提下巷道在回采期间超前支护段顶板下沉量在150～200mm左右，两帮移近量在400mm左右。因此考虑到掘进过程中设备尺寸，通风要求和巷道围岩变形预留量，风、机巷断面均为半圆拱形断面，切眼断面为矩形断面。

4.2 支护参数选择。锚杆为Φ22mm，长度2.4m左旋无纵筋500号螺纹钢筋，螺纹长度150mm，配高强度螺母、调心球垫及W型钢护板，锚固方式：树脂加长锚固。

网片规格：采用菱形金属网，网孔规格80×80mm，网片规格3000×800mm。

锚索形式和规格：锚索材料为Φ22mm，1×19股高强度低松弛预应力钢绞线，长度6.3m，树脂加长锚固。

锚索布置：采用每排两根和每排一根交错布置，排距700mm。锚索安装在两排锚杆间顶板中部，用300×300×16拱形高强锚索托板。

锚索张拉预紧力：200～250kN。

锚杆预紧扭矩：螺纹钢锚杆不低于400N.m。

5 安全技术措施

锚杆应紧跟掘进头及时支护，最大空顶距不得超过0.7m。当顶板比较破碎有随掘随冒可能时，应采取超前支护措施。

在掘进之前先打超前锚杆，锚杆用直径22mm左旋无纵筋500号螺纹钢锚杆，锚杆长度2.4m，钻孔直径为30mm，采用一支K2335和两支Z2360锚固剂全长锚固，超前角度仰角为15°，每排4根，间距800mm，掘进2100mm（三个循环）安装一排（见下图）。

■

5.1 在掘进过程中严格按设计施工，严格控制锚杆眼深度，间排距、锚杆外露长度，锚杆安装推进时间符合规程要求，并加强锚杆抗拔力的监测。

5.2 掘进时形成的巷帮超宽或片帮超宽时，应及时处理，可采用补打锚杆的方法进行补强。

5.3 巷道地质条件发生变化时，应根据变化程度调整支护参数（加密锚杆和锚索），或采取应急措施及时处理，如采用单体液压支柱或U型钢棚等混合支护。

5.4 试验过程中，每隔30m在顶板安装一个离层指示仪，观测围岩移动情况。一旦发生异常现象，观测人员应立即汇报并采取相应措施。

5.5 发现巷道变形较大，及早采取加固措施。当补打锚索、锚杆施工困难时，可进行套U型支架。

6 结束语

Ⅲ020402在掘进期间没有发生片帮及漏顶事故，巷道成形较好，回采期间风机巷变形量控制在设计范围之内，本支护技术取得了较好的效果。

随着开采深度的不断加大，矿压日益显现，加之断层及构造日趋复杂，原有的支护方式已经不能满足现有的支护要求，通过在020502综放机巷过断层期间推广使用以上支护形式效果也非常明显，现将该支护形式已逐渐推广至所有厚煤层中使用。

参考文献：

[1]康红普.煤巷锚杆支护理论与成套技术[M].煤炭工业出版社，2007年11月.

[2]陈炎光，陆士良.中国煤矿巷道围岩控制[M].中国矿业大学出版社，1994年10月.

[3]张丕林.关于煤柱锚杆巷道支护设计的研究[J].科技资讯，2012（06）.

作者简介：陈春宁（1974-），男，甘肃礼县人，现任神华宁夏煤业集团石炭井焦煤公司生产技术科副科长。endprint