锚网索带梁联合支护技术在孤岛工作面小煤柱沿空掘巷中的应用实践

钱义楠

前言

孤岛工作面及其周围巷道应力集中程度高，且在临近采空区顶板活跃阶段顶板运动较剧烈，其工作面两巷的布置及支护方式对于安全开采尤其重要。文章以潘津工业煤矿2203孤岛工作面沿空掘巷为施工技术背景，结合该矿的具体生产条件，确定了合理的支护方式和参数，采用锚网索带联合支护设计，制定了行之有效的矿压观测技术保障措施，解决了孤岛工作面的掘进和开采难题，确保巷道服务期间的安全稳定，尽可能减少煤炭资源的损失，为类似条件下的支护设计提供了参考依据。

一、概述

潘津工业煤矿设计生产能力为90万吨/年，目前正在回采首采区22号煤层，该采区为一单翼下山采区，共布置4个采煤工作面，依次为2201、2202、2203、2204综采工作面。2202综采工作面为首采工作面，2204综采工作面为备采工作面，2203综采工作面为22号煤采区唯一一个孤岛工作面，因此掘进期间采取合理有效的支护形式，对减少顶板事故保障安全生产提高资源回收，具有较大实际意义。

二、地质条件及工程概况

22#煤层結构简单，煤层倾角12°～18°，平均15°，煤厚1.96～5.70m，平均煤厚3.9m，属层位稳定的中厚煤层。顶板为粉砂岩、细砂岩，灰色粉砂岩为直接顶板，胶结致密，细砂岩顶板胶结好。底板为粉砂岩，钙泥质胶结，性脆。根据煤层顶、底板岩石物理力学试验测试，天然状态下，煤层顶板单项抗压强度在11.00～34.70Mpa之间，底板在8.60～21.60Mpa之间，饱和状态下，煤层顶板单项抗压强度在0.30～7.50Mpa之间，底板在0.50～12.00Mpa之间。2203采煤工作面上下巷沿煤层顶板布置，埋藏深度为-123m～-242m，工作面走向长度为1200m，倾向长度为100m。北距2202采空区留设煤柱间距为8m，南距2204采煤工作面留设煤柱间距为8m。2203上巷为不规则断面，净宽3400mm，净高2700mm;2203下巷前70m为皮带机头段，不规则断面，净宽4000mm，中心净高2800mm，施工70m之后，变更3400mm依据不规则断面进行施工，净高2600mm。

三、支护技术方案

结合煤矿开采方法要求，沿空掘巷的位置应避开固定支撑压力影响较大的区域，并且要求在采空区上覆岩层垮落稳定之后才能开始掘进。一般情况下掘进与上区段采煤工作面之间的间隔时间不少于3个月，通常为4～6个月，个别情况要求8～10个月，坚硬顶板比软顶板所需间隔时间要长一些。2203上巷开口与2202工作面开采结束间隔为2个月，采空区垮落不稳定。2203下巷开口期间2204综采工作面已安装完毕，预计掘进至600m时与2204综采工作面交汇，该巷道前600m为实体煤掘进。控制围岩变形总体技术思路为：根据围岩情况，采用锚网索带联合支护，并对支护承载结构薄弱部位采取工字钢+预应力锚索加强支护，提高“支护—围岩”承载结构的结构稳定性，从而有效控制巷道围岩的强烈变形，保证巷道长期稳定。顶板支护：采用高强锚杆、预应力锚索、钢带、钢筋网。帮部支护：大部采用普通锚杆、菱形铁丝网。帮部加强支护：当2204综采工作面与2203下巷交汇后对围岩变形区段采用工字钢+预应力锚索联合支护对煤体进行进一步加固，改善巷道的围岩情况，提高岩体的完整性，提高围岩自承载能力。

四、巷道具体支护参数

（一）帮部加强支护参数。锚索梁布置在2203下巷下帮，沿第二根帮部锚杆走向平行布置。帮部锚索梁间距为2000mm。采用一梁一索，长度为500mm。锚索梁采用矿用11号工字钢加工。锚索采用规格为Ф15.20mm的钢绞线加工，长度为3000mm，拉伸强度为1860Mpa，破断负荷为275KN，伸长率Lo≥4.3%，松弛率≤2.5%，每根锚索使用MSCK2350锚固剂四支，锁具规格为KM15-1860。锚索采用MS15-180型锚索张拉器加压时压力表读数≥31.5MPa。

（二）巷道支护参数。1、顶部支护方式。顶板支护方式为锚网带索。使用规格为Φ20×L2000mm的高强锚杆，每根锚杆使用MSCK2350锚固剂两支。使用LDZ-200型锚杆拉力计测试时，压力表读数≥19MPa。使用扭矩扳手测试高强锚杆时，读数≥150N·m。上巷使用钢带规格为3400×70mm，下巷钢带规格为4200×70mm，采用Φ16mm圆钢双面焊接。锚索沿巷道正中呈三花布置，间距3000mm，距采空区侧帮部均为500mm。锚索采用规格为Ф15.20mm的钢绞线加工，拉伸强度为1860Mpa，破断负荷为275KN，伸长率Lo≥4.3%，松弛率≤2.5%，长度为3000mm，每根锚索使用MSCK2350锚固剂四支，锁具规格为KM15-1860。锚索采用MS15-180型锚索张拉器加压时压力表读数≥31.5MPa。每根锚索使用MSCK2350锚固剂四支。顶部挂钢筋网，采用Ф4.5mm钢筋焊接而成，钢筋网规格长×宽为2000×1000mm2、帮部支护方式。两帮支护方式为锚网。锚杆使用规格为Φ16×L1600mm的普通锚杆，每根锚杆使用MSCK2335锚固剂两支。使用LDZ-200型锚杆拉力计检测Φ16×L1600mm普通锚杆时，压力表读数≥14MPa。使用扭矩扳手测试Φ16×L1600mm普通锚杆螺母扭矩时，扭矩力读数≥100N·m。帮部挂钢丝网，钢丝网规格为50000×900mm。

五、设备保障措施

沿采空区掘进巷道时，为减少围岩受爆破震动影响，该工作面上、下顺槽均采用机掘施工工艺，投入EBZ132型悬臂式掘进机进行掘进，有效减少了爆破震动对围岩稳定性的影响。

六、巷道围岩移近量观测分析

巷道掘进期间在2203上、下巷每个100m安装一组LBY-3型顶板离层仪监测顶板岩层分离时所产生位移量，同时在2203下巷每隔50m设置一组移近量监测站，跟踪加强观测围岩及两帮的变形规律。1、2203上巷顶板联合支护形式对顶板控制效果良好，顶板离层值较小，巷道掘进后期2203上巷顶板离层值最大为5mm，随着掘进不断推移，顶板离层值保持6mm的离层值，说明支护方式和支护参数的选择很合理，很好控制了顶板离层，且基本未出现巷道底鼓现象。2、2203下巷巷道掘进后期顶板离层值最大为5mm，随着掘进不断延伸，尤其在2203下巷与2204采煤工作面在600mm左右交汇处，顶板离层量和两帮移近量变化明显，其中顶板离层量最大达57mm，最终控制在57mm。巷道下帮最大移近量在53mm，上帮最大移近量在27mm。3、巷道掘进后2203下巷底鼓量很大，最终巷道底鼓量达300mm，顶、底变形主要以巷道底鼓为主。

七、结语

通过掘进期间围岩变形情况得出，巷道掘进在与回采工作面交汇前，必须采取措施加强支护方可加强顶板及两帮管理。对2203孤岛工作面通过采用基本锚网索带，特殊地段采用帮部锚索梁支护技术，有效的增加了巷道围岩强度，提高了承载结构性能，矿压观测数据观测表明，巷道顶、底板及两帮变形均得到良好的控制，完全满足回采需要。