倾斜破碎顶板煤巷锚网索梯联合支护实践

陈仕仁++卓军

摘 要：针对龙门峡南煤矿倾斜破碎顶板的煤层条件，通过采用锚网索梯联合支护方案，有效地控制了回采巷道的围岩变形和破坏，保证了巷道施工质量与安全，同時为提高巷道掘进单进水平提供了保障。研究表明锚网索梯联合支护在倾斜煤层顶板破碎回采巷道，在支护参数合理、质量有保障的前提下是有效的支护形式，可以取得较好的安全经济效益。

关键词：倾斜；破碎顶板；煤巷；锚网索梯；联合支护

中图分类号：TD353 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2017）12-0170-02

龙门峡南煤矿是川煤集团广能公司在广安新建的现代化矿井，规划设计为60万吨/年，目前已进入回采巷道施工。矿井主采K1煤层，单斜构造，煤厚0.74～1.94m，平均1.36m，煤层倾角为25°～35°，平均35°。煤层顶底板较为松软、破碎，顶板为泥岩，伪顶均厚0.2m，直接顶均厚5.6m；煤层直接底为泥岩、砂岩，均厚2.5m，基本底为泥岩、页岩，均厚1.6m。矿井设计采用走向长壁机械化采煤工艺，机、风两巷沿煤层走向按中线施工。巷道施工前期，机巷采用异性断面锚棚+喷浆支护，风巷采用金属架棚防倒支架+喷浆支护，支护间距均为800mm。由于机、风两巷均采用了金属架棚梁支护，尺寸相对固定，对煤层沿巷道走向厚薄变化适应性较差，加之顶板岩性较软且破碎，现场出现巷顶离层现象，特别是矮帮最大离层量达到300mm，离层深度达1m；同时，巷顶局部锚杆出现拉断现象，给矿井建设带来安全隐患。

1 倾斜破碎顶板煤巷支护方案

结合龙门峡南煤矿前期施工巷道围岩应力呈非对称分布变化明显且顶板矮帮侧应力释放集中的特性，设计了两个方案。

方案一：顶板及两帮采用锚杆+锚索+钢筋网+矮帮锚梁支护；锚杆锚索采用树脂锚固剂锚固，锚索居巷中布置，钢筋网的应用防止出现兜网的现象，锚梁采用锚索支“U”型槽钢两端，同时两帮采用竹芭片护煤层部分。

方案二：顶板采用树脂锚杆锚杆+锚索+锚网+钢筋梯支护；巷道高帮采用树脂锚杆支煤层部分，采用涨壳锚杆支底板岩石部分，矮帮上半部采用树脂锚杆、最下排采用涨壳锚杆支护；锚索居巷中和矮帮肩窝处各一组，同时两帮采用竹芭片护煤层部分；锚网应用顶板和两帮防止出现兜网的现象；钢筋梯支护顶板矮帮侧。

综合分析，两种支护方案大体相同，不同之处在于方案一采用锚梁对矮帮进行加强支护，而方案二采用钢筋梯。因此，按照技术可行、安全可靠、经济合理的原则，采用方案二较为合理。

2 巷道锚网索梯联合支护方案设计

2.1 巷道断面选择

按照龙门峡南煤矿煤层赋存条件及回采巷道施工期间及后期回采用途，机巷设计宽度为4.2m，矮帮高度为1.6m，S掘=11.81m2；风巷设计宽度3.6m，矮帮掘进高度1.8m，S掘=9.93m2；两巷两帮均垂直于巷道底板水平面，其中机巷高帮1.6m以上帮壁向巷内侧偏斜10°，降低高帮高度的同时减少顶板悬露长度。机、风两巷断面设计如图1所示。

2.2 巷道支护参数

2.2.1 顶板支护参数

（1）锚杆：通过悬吊作用理论和围岩松动圈分类法综合分析，结合龙门峡南矿现场实际条件，工作面机、风巷顶板锚杆参数确定为长度2.2m，直径20mm，支护间排距为800×900mm，配套托盘为碟状托盘，规格为120mm×120mm×10mm，螺母为防松螺母或加长等强螺母，配锚固剂为CK2370型快速树脂锚固剂1条，单根锚杆锚固长度不小于0.7m，单根锚杆初锚力不小于30KN，拉拔力不小于50KN。

（2）钢筋梁：采用Φ8mm圆钢加工，沿每排锚杆排拒倾斜布置一组，并与高帮肩窝处的锚杆搭接锚固；为确保矮帮顶板破碎离层，沿走向锚杆间距布置两组钢筋梁，每组长3.4m，并在搭接处压岔不小于100mm。

（3）锚网：采用金属网护顶，金属网采用8#菱形金属铁丝网。

（4）锚索：采用Φ15.24mm，长度大于7800mm的钢绞线作为锚索，将锚杆加固的“组合梁”整体悬吊于坚硬岩层中，且锚索锚固点在K1煤层顶板1000mm以上稳定岩石中，锚索居巷中布置在两排锚杆之间，间距3.2m；为加强矮帮顶板支护并在巷道矮帮肩窝按间距3.2m施工一根4.3m锚索与巷中锚索交替支护。锚索托盘采用14#槽钢加工成300mm的短节。

机、风两巷顶板支护如图2、3所示。

2.2.2 两帮支护参数

因倾斜煤层，巷道两帮高度不一致，两帮揭露均为半煤岩，因此巷道两帮应采取针对性的支护措施。巷帮煤层部位采用Φ20mm，长2.2m的树脂锚杆支护，软岩部位采用Φ16mm、 长度为1.6m的金属涨壳锚杆支护；整个巷帮锚杆间排距800mm×900mm，托盘为碟状托盘，规格为120mm×120mm×5mm，螺母为标准螺母，锚杆配套金属网和芭片护帮，同时巷帮煤壁部位锚杆配合竹夹板（300mm×150mm×15mm）使用进加强支护。机、风巷两帮支护如图2、3所示。

3 现场实施效果与矿压观测分析

3.1 现场实施效果

倾斜破碎顶板煤巷锚网索梯联合支护在龙门峡南煤矿3111机、风巷组织实施，两巷掘进与瓦斯防突采取交替作业，现场组织工业性试验近5个月，共掘进839.3m，单进达168m/月，较支护改进前提高15%；在支护成本方面，改进后的支护形式取消了原有的棚梁和喷浆支护，增加了低廉的索梯支护，降低了支护成本的同时，减少了二次维护成本，巷道掘进支护成本降低约390元/m。工业性试验巷道支护效果良好，没有出现明显变形、支护失效和二次支护现象，较好地解决了倾斜破碎顶板煤巷支护的薄弱环节，在安全上为组织快速掘进施工提供了保障，巷道采用锚网索梯联合支护以来未发生煤巷冒顶及重伤以上顶板事故，工程质量达一级。

3.2 矿压观测分析

通过对矿压观测数据的整理分析得知，巷道掘进后的前6天属巷道变形量和锚杆、锚索受力变化较大时期，6-20天巷道变形和锚杆、锚索受力变化逐渐趋于平稳，25天后巷道变形和锚杆、锚索受力基本不再发生明显的变化。在观测期的前6天，巷道两帮累计移近量为20mm，顶底板相对移近量为6mm，锚索平均受力为142KN，岩层中锚杆平均受力为85KN，煤层中锚杆平均受力为20KN。6-20天巷道两帮累计变形量为22mm，顶底板累计相对移近量为10mm，锚杆、锚索受力变化不大，岩层中的锚杆平均增加5KN，煤层中的锚杆平均增加1.5KN，锚索平均增加12KN。25天后巷道变形量和顶底板相对移近量基本不再发生变化。巷道顶板下沉量、两帮移近量数值如图4所示。

4 结语

针对倾斜破碎顶板煤层条件煤巷进行锚网索梯支护合理设计和对巷道薄弱环节采取针对性加强措施，取消传统工艺复杂且存在安全漏洞的棚式锚喷混合支护，通过现场工业性试验及矿压观测数据表明，采用锚网索梯联合支护的倾斜破碎顶板煤层巷道在开挖初期顶板有少量离层，后期整体稳定性良好，没有出现明显变形，锚杆、锚索的锚固力均达到预期要求。实践证明锚网索梯联合支护在倾斜煤层顶板破碎回采巷道，在支护参数合理、质量有保障的前提下是有效的支护形式，可以取得较好的安全经济效益。

参考文献

[1]鲍桂林，咸友谊，谢志红.倾斜煤层煤体破碎巷道掘进顶板控制[J].山东煤炭科技，2005，01：62-63.

[2]刘坡，杨海波，张乾.破碎顶板煤巷锚网索支护技术应用[J].煤矿现代化，2008（3）：28-29.

[3]任禄红.松软破碎顶板综掘巷道锚网索支护技术的应用[J].2005（11）：49-50.