综采工作面大断面全煤巷道支护技术实践研究

程铁军 郑秦岭

（河南能源集团焦煤鑫珠春公司，河南 焦作 45400）

综采工作面大断面全煤巷道支护技术实践研究

程铁军 郑秦岭

（河南能源集团焦煤鑫珠春公司，河南 焦作 45400）

开采实践证明，大断面煤巷综采面顶板容易冒顶，巷道两壁容易片帮脱落以及发生巷道底鼓，影响巷道正常功能。通过加强对大断面的观测和检测，通过改变大断面巷道形状、支护参数、优化施工工艺等三个方面来加强对大断面的支护，能够改善大断面巷道稳定性，增强综采面的经济效益和安全系数。本文通过实践经验，对综采工作面大断面全煤巷道几种支护技术进行了分析探讨，为进一步增强大断面巷道稳定性提供借鉴参考。

综采工作面；大断面；支护技术

1 锚网联合支护技术

开采煤层前，应当提前做好工作面切眼，对切眼进行支护的作用非常关键，是确保安全的重要措施。而大断面的工作面往往具有跨度大、顶板强度低、两壁稳定性差等特点，极易发生冒顶和煤壁片帮，造成设备损坏和人员伤亡，因此必须加强支护管理。而锚网联合支护技术是解决大断面支护困难的有效方法，以下以某煤矿为例，介绍该方法。

1.1 工程概况。该综采工作面为水平煤层，埋深28米到128米，顶板岩石是泥砂质，厚2.5m。直接底板主要是砂质岩石，还存在少量的泥质岩石，平均厚度0.4-3米。工作面宽7.5 m，高3.2m，长220m，顶板支护具有相对较大的难度。

1.2 支护要点。对于综采工作面来说，其断面的形状是矩形，使得巷道断面面积偏大，两帮、顶板是煤层，按层理发育，因此，各个层面相互间具有相对较小的黏聚力，围岩强度相对较小。大断面的切眼巷道，使得围岩中的拉应力和剪应力的增长呈现平方或立方状态，导致塑性破坏变得愈发加剧。顶板离层破坏面积区域大，冒落拱高度将会超出锚杆锚固半径，导致锚固力显著减小。切眼跨度大使拉应力在顶板中部出现，在这种情况下，要是没有尽快选择相应的支护手段，顶板长时间暴露，使得拉应力区不断增加，使围岩裂隙发育，强度减小。巷道底角与顶角是出现变化的位置，因此应力非常集中，这个位置是巷道支护的薄弱场所。

1.3 支护方案。锚杆支护是一种主动、安全的支护方式，锚杆锚固力使顶板岩层间接触压力提高，使各岩层间的离层得以避免，提高了锚固范围内的岩体强度，在很大程度上优化了顶板的受力状态；锚杆支护能够增加岩层间的抗剪强度，对岩层水平移动产生抑制，这样就能够把锚固范围内临近岩层结合成相对较厚的组合梁，这样就使顶板承载力明显增加。将锚杆和锚索支护两者进行有机结合，锚固了深部基岩和下部软弱岩层，使组合梁厚度明显增加，在很大程度上降低了锚杆支护失效的出现。将倾斜锚杆设置在切眼底角、顶角处，能够在很大程度上提高锚杆切向承载力，防止巷道角部塑性破坏。除此之外，支护时，为做好中部支护，还应该将锚索打深，从而实现提高支护效果的目的。

2 锚杆支护技术

2.1 锚杆支护的设计原理。煤层巷道沿顶板掘进时，顶板的一般破坏形式为平衡自然拱，当煤帮松塌、遭到破坏时，顶板跨度的增大，使得冒落拱的高度也随之增加。因开切眼跨度大，支护过程中先通过高强锚杆对金属网与锚梁加以辅助，接着通过小锚索加固顶板，则巷道深部的稳定岩体将承受直接顶围岩应力，实现大断面巷道的支护。

2.2 确定顶板锚杆支护参数。根据锚杆支护的“三径”匹配原则，杆体的直径为23mm，采用20MnSi高强度左旋螺纹钢锚杆。完整顶板时，通过端锚方式进行；反之，则通过全长锚固方式。锚杆的锚固力一定要在所用锚杆的破断力之上，安全系数取2～3之间。顶板两侧锚杆的长度与倾角的条件：其锚固端的投影到煤体中的距离应该大于700mm，这样得到的支撑才是有效的，同时，锚固端深入顶板内的垂直距离应该大于1 000mm，这样的锚固才是可靠的，这些参数的确定与倾斜锚杆的角度和长度有直接关系。锚杆排间距约为750mm。

2.3 锚索加固参数。锚索加固旨在把巷道顶板的弱岩层面与稳定岩层锚定在一起，所以锚索必须深入到稳定岩层一定深度，此深入的确定具体按照顶板岩层的结构选择，一般情况下，应到稳定岩层内部的距离超过7米。锚索的排距主要按照其承受的潜在冒落荷载通过计算来确定。锚索的材料选择上，要依据松弛性、安设方便、设计强度来确定。

2.4 施工方法。安装顶板锚杆过程中，先打孔装锚杆与锚固剂，接着需要将锚杆机与搅拌机连接起来，用锚杆机搅拌，时间大约为25秒，将销钉与螺母卸下，重新将锚杆机升起，旋转拧紧。安装煤帮锚杆过程中，先打孔，然后将煤电钻与搅拌器连接起来，启动电钻搅拌机，铺设金属网，安装托盘和螺母。安装小锚索过程中，先打孔装入锚固剂，将搅拌器连接在钢绞线上，进行搅拌，时间大约为30秒，然后将搅拌器卸下来，到规定时间后进行张拉。

2.5 经济效益分析

2.5.1 相同条件下，与双木棚支护成本比较而言，采用锚杆支护掘进技术后没有后续维修费用，支护成本较低，约为2 400元/m；采用双木棚支护，在设备使用前要返修一次，其支护成本约为25 00元/m，维修费用大于1 000元/m，即采用锚杆支护每米节约大于1 100元。

2.5.2 锚杆支护过程中，所用的时间相对较短。

2.5.3 采用锚杆支护开切眼，作业环境条件得到极大的改善，极大地降低了木材与钢材的投入。

2.5.4 采用锚杆支护掘进技术，在开切眼过程中，围岩的应力分布军训，围岩稳定，工作环境相对安全，为后续工作顺利进行打下了良好的基础。

[1]段国宁，张广超，庞茂瑜，李扬.大断面切眼锚网索联合支护技术研究[J].河北煤炭，2013，（1）：10-11.

[2]韩肇.锚杆支护技术在大断面开切眼中的应用[J].河北煤炭，2002，（1）：40-41.

TD353

A

1671-0037（2014）03-72-1

程铁军（1979.8.25-），男，本科，助理工程师。