近距离煤层采空区下锚网索支护技术研究与应用

张宝春

（中国平煤神马集团平煤股份八矿，河南 平顶山 467000）

近距离煤层采空区下锚网索支护技术研究与应用

张宝春

（中国平煤神马集团平煤股份八矿，河南 平顶山 467000）

随着开采进度加快，近距离煤层采空区下掘进开采已成为发展趋势。因此，摸清围岩变形规律，采用合理有效的支护方式，控制围岩的变形，满足现场安全生产需要成为急需解决的问题。本文阐述了平煤八矿首次在近距离采空区下大断面切眼采用锚网索支护技术的原理，并介绍了所取得的成功经验和经济效益，为平煤八矿在同类条件下巷道施工提供了很好的借鉴。

近距离煤层；采空区；大断面；锚网索支护

随着开采进度的不断加快，近距离煤层采空区下掘进开采已成为发展趋势。因此，摸清围岩变形规律，采用合理有效的支护方式，控制围岩的变形，满足现场安全生产需要成为急需解决的问题。平煤八矿开采的己16.17煤层属二叠系山西组，该煤层煤质松软，顶板为松软破碎的泥岩与砂质泥岩互层。针对该条件，八矿采用锚网索支护技术，进行了大胆尝试，在己16.17-13330切眼试验近距离煤层锚网索支护技术，取得了成功。

1 巷道布置

己16.17-13330工作面位于己三扩大采区东翼中部，上覆的己15-13330采面已回采完毕，采面标高为-503～-555 m,地面标高+76 m，埋深579～631 m。

己16.17-13330切眼掘进工作面巷道为断面，净宽6 m，净高2.6 m，断面面积为15.6 m2，该工作面己16.17煤层块状，半光亮型焦煤，厚度在1.8～2.3 m，平均2.1 m，煤层倾角东缓西陡，倾角8°～21°；采面东高西低，俯角1°～4°。己16.17煤层顶板为5～7 m厚的砂质泥岩，顶部为深色泥岩，含植物根部化石，里含白云母片，中部夹细砂岩，含菱铁质结核，底板5.2 m厚为细砂岩，岩条带状，顶部为深色泥岩，中部夹砂质泥岩[1]。

2 理论依据

2.1 巷道支护拱支与锚网优越性对比

（1）U型钢支护和工字钢支护为被动支护，不能有效控制顶板离层下沉，控制巷道的变形量。

（2）巷道周边围岩处于高地应力状态，在高围岩压力的作用下，巷道极易变形，支护困难。

（3）支护成本太高，消耗大量钢材和坑木。

（4）在采面回采过程中增加了回收工序，制约了生产效率，在回收棚子过程中又降低了安全可靠性。

（5）受采场压力作用，支架易产生变形，回收复用率低。

为了改善此类巷道支护状况，对巷道周边围岩变形机理分析，变被动钢支护为主动锚支护，有利于安全高效地掘进和回采，所以选用锚网索支护[2]。

2.2 巷道支护参数选择

2.2.1 顶板锚杆长度计算

按悬吊理论，顶板锚杆长度计算公式为：

式中：L1——锚杆外露长度,一般取100 mm；L2——锚杆锚固段长度，取1 350 mm；L3——锚杆伸入稳定岩层深度，一般不小于300 mm。

根据上面计算，考虑切眼的大断面，为了确保安全，锚杆长度取L=2 400 mm。

2.2.2 锚杆间排距确定

锚杆间距D≤0.5 L，D≤0.5×1 750=875 mm

式中：n——每排锚杆根数；N——设计锚固力，KN/根；K——安全系数，取2～3；r——上覆岩层平均容重，取24 KN/m3；a——1/2巷道掘进宽度3.1 m。

考虑己15煤层与己16.17煤层层间距较近，所以确定锚杆间排距为850×700 mm，锚索选用Φ17.8×4 000 mm长的锚索，间排距为2 000×1400 mm。切眼支护断面示意图如图1所示。

图1 切眼支护断面示意图

2.3 施工工艺

采用掘进机进行综掘施工，掘进机在巷道工作面上切割移动的路线为：首先从工作面左帮顶板边角钻进，沿煤层层理左右横扫切割，自上向下逐层切割，直至底板，切割出设计断面[3]。

2.4 顶板支护系统

（1）提高锚杆支护初锚力。预紧力：顶板及帮部≥200N·m。

（2）合理的三径匹配。钻孔直径、锚杆直径和树脂锚固剂直径应合理匹配。合理的匹配支护可以有效地控制围岩变形和降低支护费用。

（3）锚索和单体柱及时跟进工作面。锚索长度必须保证锚入稳定岩层1.5 m以上。

（4）锚索与锚杆同排布置，加强支护效果，并20 m安设一组顶板离层仪及十字位移进行观测。

（5）梯子梁要与巷道顶板宽度同宽，顶网与帮网搭接牢靠。

（6）锚杆支护遇顶板淋水、顶板破碎、地质构造带等情况时，需在现场标记，加强巡查观测，根据巷道变形情况及时加大锚杆锚索以加强支护。

3 矿压观测结果

3.1 巷道表面平均位移量（十字位移）

巷道表面平均位移量（十字位移），即巷道表面位移曲线如图2所示。

图2 巷道表面平均位移量

从图2中可以看出，里切眼在开挖支护完成后一个月内，断面收敛变形很小，巷道变形以顶板下沉为主，两帮移近量最大不超过140 mm，顶板下沉量最大不超过170 mm，巷道围岩控制效果较好。巷道初期收敛量在掘进25 d左右都趋于稳定[4-5]。

3.2 顶板平均离层量

顶板平均离层量，即顶板离层观测曲线如图3所示。

图3 顶板离层观测曲线

从图3中可以看出，顶板离层量整体变化不大，浅孔位移变化最大26 mm，深孔位移变化量最大30 mm。这说明巷道属于正常下沉，受开挖后岩层间的应力自然释放，巷道稳定性较好。

通过对矿井己三扩大采区围岩变形情况的总结分析，笔者结合实际锚杆试验结果，对近距离煤层采空区下的围岩进行了地质条件和应力分析，在大埋深、围岩强度低的条件下提出了锚网索梁联合锚固系统安全控制技术。即把握好锚杆、锚索、金属网、托盘、锚固剂、托梁等锚杆支护的关键要素，实现各个支护体共同作用，避免被逐个击破，导致支护失效。

通过己16.17-13330切眼现场位移观测结果可以看出，巷道顶板最大下沉量为170 mm，两帮最大变形量为140 mm，巷道断面收敛率仅为设计断面的10%。

现场应用表明：近距离煤层采空区下锚网索支护技术研究与应用现场实际操作性强，在系统安全和控制技术理论基础方面安全可靠，对于类似围岩条件下控制顶板有较好的指导作用。

4 结语

平煤八矿近距离煤层锚网索支护技术在实践应用中是可行的，实现了预期的经济效益，显示出近距离锚网索支护比钢拱支护更具有优越性。

1 杨启楠.基于FLAC～（3D）复合顶煤大断面煤巷围岩数控模拟[J].辽宁工程技术大学学报（自然科学版），2012，31（4）：461-465.

2 秦广鹏，蒋金泉，孙 森，等.大变形软岩顶底板煤巷锚网索联合支护研究[J].采矿与安全工程学报，2012，（2）：209-214.

3 蒋志刚，阚 磊，刘 栋，等.厚顶煤大跨度开切眼锚杆锚索支护技术[J].煤矿安全，2012，43（2）：102-105.

4 曲立平，杨 威，孙 明，等.基于综合主成分分析法的深部煤层底板采动损伤指数的主控指标[J].煤矿安全，2013，44（1）：203-207.

5 张永进.孔庄煤矿“三软”煤层巷道锚杆支护技术研究与应用[A].中国煤炭学会.煤炭科学与技术研究论文集[C].北京：煤炭工业出版社，2010.60-66.

Coal Seam Goaf Anchor Rope Supporting Technology Research and Application of Near Distance

Zhang Baochun
(China Flat Coal Shenma Group Flat Coal Shares Eight Mine, Pingdingshan 467000, China)

With the accelerated progress of mining, close coal seam mining area under the mining and mining has become the development trend. Therefore, to understand the law of deformation of surrounding rock, the use of reasonable and effective way to support the control of the deformation of the surrounding rock to meet the needs of the safety of the scene to become an urgent need to solve the problem. This paper expounds the principle of using anchor cable support technology in the large section cut-off area in the close-up mined-out area for the first time, and introduces the successful experience and economic benefit. In the same condition Roadway construction provides a good reference.

close distance coal seam; goaf; large section; bolt mesh cable support

TD353

A

1008-9500(2017)07-0105-03

2017-05-29

张宝春（1974-），男，河北昌黎人，工程师，研究方向：掘进支护。