工作面运输顺槽围岩锚杆支护技术实践

文泽

(河南理工大学 河南 焦作 454000)

工作面运输顺槽围岩锚杆支护技术实践

王耀王文泽何寒月

(河南理工大学河南焦作454000)

曲江煤业工作面采用长壁综合机械化一次采全高采煤方法回采9号煤层，煤层平均厚1.51m。工作面运输顺槽的顶板岩石较为软弱，易产生坍塌冒落，并且采区巷道侧壁及底板可能出现“片帮”、“底鼓”现象。本文介绍了常用巷道围岩控制方法，并结合曲江煤业9号煤层的地质条件以及出现的主要工程地质问题确定工作面运输顺槽的支护方案为锚杆(索)联合支护，并对此支护方案进行了监测与优化。

运输顺槽；围岩控制；锚杆(索)联合支护；监测

一、工程地质概况

丰城曲江煤业井田煤层埋藏较浅，地质条件简单，矿井涌水量较小，属低瓦斯矿井，煤层倾角平缓(一般3°～6°)，从井田内各煤层倾角和厚度看，适宜综合机械化采煤。工作面回采9号煤层，煤层位于太原组中部K4灰岩之上，上距3号煤层底板约52.83m，下距15号煤层顶板约37.65m，煤层厚度1.10-1.72m，平均厚1.51m，厚度变异系数11.92%，可采系数80%，煤层结构简单，不含夹矸，顶板一般为砂质泥岩或泥岩，底板为泥岩或砂质泥岩。井田东北部已剥蚀，其余地段稳定可采。9号煤层为薄及中厚煤层，设计9号煤层选用长壁综合机械化一次采全高采煤方法。

根据井田工程地质特征，结合周边矿井调查情况分析，开采过程中可能出现的主要工程地质问题有：巷道、采掘工作面及采空区的软弱岩石顶板易产生坍塌冒落，尤其是采空区将发育高度较大的冒落导水裂隙带[1]。在长期开采条件下，3号、9号及15号煤矿坑的冒落导水裂隙带将会相互连通。巷道侧壁及底板可能出现“片帮”、“底鼓”现象。建议加强顶板支护等相关防治措施。

二、常用巷道围岩控制方法

(一)棚式支架支护[2]

破碎围岩巷道棚式支架配合金属网护帮护顶，可以防止破碎围岩的瞬时突然塌落冒顶。但由于棚式支护为被动支护，难以对围岩施加控制变形的预应力，棚式支架随着围岩变形的发生和增加，所承受的围岩挤压力增加，实现对围岩变形的抵抗与控制，棚式支架发挥支护作用的过程也是破碎围岩变形的发展过程。

(二)破碎围岩锚杆、锚索支护[3][4]

对新掘巷道围岩及时进行锚杆锚索支护并施加足够的预紧力，可有效控制围岩裂隙的张开，使围岩形成次生承载结构，充分发挥围岩承载能力，进而防止围岩扩容破坏的发生，是从根本上解决高应力、大断面巷道围岩变形破坏的可靠方法。对于已发生离层、破坏的巷道破碎围岩，采用锚杆锚索补强支护时，可以阻止围岩的继续离层破坏，有效控制围岩变形的发展。

(三)工作面顺槽支护初步技术方案

根据工作面运输顺槽的地质条件，运用计算机数值模拟，结合类比法提出顺槽支护的初步方案，根据现场观测后再考虑设计方案的调整和完善。

顶板为6根锚杆，间距900mm，最外侧两根锚杆分别距离巷道两帮150mm，并分别向外侧倾斜约10°角；上下帮各3根锚杆，上部两根锚杆间距为1000mm，中部和下部锚杆间距为1100mm，最上部和最下部两根锚杆距离顶和底均为250mm，并分别向顶板和底板倾斜约10°角，锚杆排距初步确定为900mm。其具体支护参数为：

顶板锚杆：使用左旋螺纹钢高强锚杆，锚杆钢材屈服强度不低于335MPa，规格为Ф20×2000mm，配150mm×150mm×10mm高强拱形托盘和高强螺母，含调心球垫和减摩垫圈，为配套产品；加长树脂锚固，钻孔直径为28mm，锚固剂规格为K2335和Z2360各一卷，顶板配以钢筋网作为辅助支护，钢筋网采用Ф6.5mm的钢筋自行制作，网格为100mm×100mm，顶板金属网规格为2500mm×1000mm(一排两片，中间搭接100mm)，沿巷道轴向相邻网搭接约100mm，铁丝钮扣联结，网扣间距不大于200mm，每扣铁丝至少拧3圈以上；安装锚杆时，先使用锚杆钻机安装锚杆搅拌树脂锚固剂，并使用扭矩放大器或风动扭矩扳手尽量使锚杆预紧力矩达到设计要求，锚杆安装预紧力矩不小于200N·m(锚杆预紧力30～40KN)。

顶板锚索：采用7股高强度低松弛钢绞线制，直径17.8mm，长度不小于7.9m，一排两根，与锚杆交错布置，间距2.2m，排拒1.8m，锚索必须紧跟迎头施工；当顶板较好时，锚索向外倾斜10°角(与垂直方向的倾角)；当顶板压力较大或者顶板较为破碎时，两根锚索之间用16～20号槽钢连接成一个整体。锚索采用3卷Z2360树脂锚固剂锚固，理论锚固长度约为1.63m，在锚索锚固端1.5m处施加挡圈。锚索托盘采用250mm×250mm×15mm的高强球型托盘，锚索预紧力应≥150kN。

锚杆、锚索布置图如图1～图2所示。

图1 巷道围岩锚杆布置图

图2 巷道围岩锚索布置图

(四)工业性试验

在工作面回采过程中，为了监测巷道变形情况，进而优化改进支护方案，在工作面顺槽开口往里100m和150m处设置了两个测站，对巷道顶底板移近量、两帮移近量进行了监测。

监测结果表明：在第20d后测站1顶底板移近量趋于稳定在180mm左右；在第21d后测站2顶底板移近量趋于稳定在200mm左右；总的来说巷道围岩变形量都在一个月内趋于稳定，有效控制了围岩的变形，可以满足工作面安全回采的要求。

[1]文建东.松软煤层巷道锚网梁喷支护技术实践[J].煤炭工程，2009(11).

[2]卢军明.松软煤层架棚巷道松帮让压支护技术[J].中州煤炭，2006(4)：63～63

[3]栗利民.让压锚杆、树脂锚索及W钢带联合支护在回采巷道的应用[B].实用技术。2008.

[4]侯朝炯，郭励生，勾攀峰.煤巷锚杆支护[M].中国矿业大学出版社，1999.

[5]张礼斌.回采巷道软弱破碎围岩锚注加固支护技术实践[J].煤炭开采,2006,11(2)

王耀(1993-)，男，汉族，安徽黄山人，硕士研究生，河南理工大学能源科学与工程学院矿业工程专业；王文泽(1993-)，男，汉族，河南周口人，本科，河南理工大学土木工程学院土木工程专业；何寒月(1995-)，女，汉族，河南杞县人，本科，河南理工大学建筑与艺术学院工业设计专业。