大排距支护技术在巷道快速掘进中的应用

摘 要：本文以友众煤矿30106回风平巷地质条件为基础，使用大直径锚索、超高强锚杆、高刚度护表材料，加大锚杆（索）间排距，形成“高強度、高刚度、低密度”的支护方案。结果表明，大排距支护方案可降低钻孔施工的工程量，并减少支护材料消耗，提高掘进速度。

关键词：高强度；高刚度；大排距；快速掘进

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.14.070

1 工程概况

山西寿阳段王集团友众煤矿3号煤层厚1.20～2.65m，平均厚度2.05m。顶板为砂质泥岩、泥岩。底板砂质泥岩、泥岩。泥岩顶板的抗压强度为26.5～89.6MPa，整体强度较低；底板的抗压强度为63.0～73.1MPa。

为提升友众煤矿煤巷整体支护效能，现以友众煤矿30106回风平巷为施工对象，针对现有支护方案，通过优化锚杆、锚索的长度、直径、材质等几何参数和加长锚的临界锚固长度，提高锚杆支护排距，形成“高强度、高刚度、低密度”的大排距巷道支护方案，提高巷道快速掘进的水平。

2 现有支护方式评价

友众矿3号煤层回采巷道净断面为4.0×2.8m，巷道类型为半煤岩巷，帮部仅对煤层部分进行支护，岩帮不支护，巷道紧跟3号煤层顶板掘进。现场调研现有的支护方案及参数发现，友众矿3号煤层现有支护形式及参数虽然能满足支护要求，支护整体效果较好，但从提高煤巷支护效能与掘进速度的角度考虑，仍然存在以下问题：

（1）巷道支护效能低。友众矿煤层埋藏较浅，顶板压力较低，矿压显现不太剧烈，现有锚固系统中锚杆支护强度在0.15～0.2pa以上，锚索破断力在30t以上，锚杆索提供的支护密度对于浅埋煤层回采巷道明显富余，造成支护效能的严重浪费。（2）锚杆（索）预紧力不足。在30106回风巷、30104运输巷顶板及煤帮存在网兜现象，锚杆（索）预紧力不能有效控制住巷道的扩容变形，现场扭矩实验发现锚杆扭矩与预紧力的转换效率较低。（3）顶板及煤帮使用钢塑网进行护表，护表刚度较低，锚杆、索预紧力不能有效的扩散到围岩表面。（4）支护强度不能满足沿空留巷的需求，在工作面回采及留巷阶段，需要进一步加固支护，工程量及耗材较大。

3 支护方案及参数优化

针对现有支护方案的不足，在确保支护方案能够适用于沿空留巷的二次采动巷道的前提下，以提高巷道掘进速度为目的，使用长锚杆大间排距强护表支护设计原则，对支护方案及参数进行优化。巷道支护形式如图1所示。

（1）顶板锚杆。采用4根MSGLD-400/18×2400锚杆，间排距1100×1000mm，靠近巷帮的锚杆安设角度为与铅垂线成15°，采用一支MSCK2360树脂锚固剂加长锚固，预紧力大于60kN，安装扭矩大于300N·m。采用4200×1200mm的钢筋经纬网配合GRT-M3钢带护表，提高护表刚度。（2）顶板锚索。每隔一排锚杆布置一组（2根）锚索，锚索与锚杆排距为500mm。锚索布置的间排距为900×1000mm，采用两支MSCK2360锚固剂加长锚固，初始张拉力不小于80-120kN。每套锚索均应采用万向调心球垫。（3）非回采侧帮部。采用3根MSGLD-400/18×2200锚杆，间排距1000×1000mm，靠近顶板的锚杆安设角度为与水平线成15°，采用一支MSCK2360树脂锚固剂加长锚固，预紧力大于50kN，预紧力矩大于250N·m。采用2600×1200mm的格宾网或者8号铁丝经纬网配合M3钢带护表。

根据支护设计方案，折算掘进1m长度巷道需要使用的支护材料量，如表1所示。

4 支护效果分析

按照大排距支护方案，在巷道掘进过程中，对600m范围内的巷道表面变形、顶板离层及顶板岩层裂隙发育情况进行了跟踪观测，结果如下：

（1）巷道两帮移近量最大值为24mm，其中非回采侧帮部9mm，回采侧帮部15mm；顶板下沉量最大值为9mm。（2）定期观测顶板离层发现，在距离掘进迎头25m以外，顶板离层趋于稳定，基本在5mm左右。（3）在顶板变形相对较大的地方，进行钻孔窥视，窥视结果发现，在距离巷道表面400mm以上的地方，顶板深部局部岩层存在不同程度破碎的情况，但破碎范围较小，虽然节理和裂隙有所发育，但在相邻两个岩层交界面上并没有发生明显的离层。

上述矿压显现的观测结果表明，优化后的大排距支护方案支护效果良好。

5 结语

（1）一次支护最大化，避免了以后进行补强支护繁缛的工程，总体上可以节省工程量及材料量。（2）使用大直径锚索、超高强锚杆、高刚度金属网和钢带，加大锚杆（索）间排距，形成“高强度、高刚度、低密度”的支护方案，可降低钻孔施工的工程量，并减少支护材料消耗，提高掘进速度，降低支护成本。

参考文献：

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[2]朱现磊，杨仁树，宫全红.大断面煤巷快速掘进影响因素及技术优化[J].煤炭工程，2015（07）：43-45.

[3]崔伟.大断面全煤巷道安全快速掘进支护技术研究[D].包头： 内蒙古科技大学，2015.

作者简介：邵国良（1967-），男，山东海阳人，生产矿长。