大断面动压煤巷支护技术研究与应用

王兵兵

（阳煤集团和顺新大地煤业有限公司， 山西 晋中 032700）

引言

随着综采工艺的发展和综采装备的进步，大功率、大吨位和大体积综采设备应用而生，目前对巷道的断面和支护要求越来越高，同时由于动压巷道受矿压影响，使得巷道断面的变形和破坏一直是困扰新大地煤矿巷道掘进的难题。新大地煤矿通过巷道变形破坏机理的分析，采用高预应力锚杆+锚索支护技术，有效地解决了巷道变形大、无法满足使用要求的难题，为其他巷道支护的设计提供了借鉴。

1 巷道基本情况

15303工作面大部分位于井玉沟以西，地表总体位于北高南低的山梁地带，地面主要为林地及荒地。东部为15304工作面，南部为山西运通煤业有限公司（原九京煤矿）矿界，西部为泊里煤矿矿界，北部为西翼南回风、西翼轨道巷、西翼皮带巷。15303工作面回风顺槽主要用于回风、进料等。设计长度为1 280m。服务年限预计14个月。

2 巷道变形破坏分析

由于临近工作面的回采，矿山压力在本工作面煤壁区域会形成应力集中区，加之掘进工作面的掘进和巷道断面较大的影响，破坏了巷道围岩受力状态，使两种应力会出现重叠效应，形成叠加式的应力集中动压区，导致巷道围岩产生大变形。从而出现顶板下沉、破断，两帮破碎位移，巷道断面急剧缩小，状况恶化。控制巷道围岩变形，首先巷道支护有足够的强度，确保巷道围岩本身的稳定，防止支护系统与围岩应力达到平衡之前发生破坏。在掘进影响阶段，巷道围岩的变形主要受原岩应力重新分布的影响，其变形量的大小与支撑压力的大小呈正比关系；掘进影响稳定阶段，巷道围岩的变形主要受时间因素的影响，此时巷道围岩变形表现为很强的流变性，除此之外，还与支撑压力引起的巷道围岩塑性区发育情况有关，塑性区越发育，围岩变形量随时间增长变化越大。锚索支护技术作为一种先进的支护方式，可有效地减少围岩变形，防止巷道围岩离层和片帮，大幅度降低巷道支护成本，减轻工人的劳动强度。

3 新支护设计

3.1 顶板支护

顶板采用“锚索＋锚杆＋经纬金属网＋钢带”联合支护。排距900mm，钢带使用“BHW-960-280-4-5 100mm”的6眼W钢带；钢带眼内全部布置锚杆，锚索布置在两片钢带正中间，每排布置3根锚索，锚索间距1 400mm，距帮1 200mm。锚杆使用Φ22mm×2 000mm的螺纹钢锚杆，托板使用150 mm×150mm×10mm拱形托板+调心球垫和尼龙垫圈，药卷使用MSCK23/60的树脂锚固剂；锚索使用Φ21.6mm×5 200mm的锚索，锚索托板使用300 mm×300mm×12mm的拱形托板+调心球垫，药卷使用MS双速23/120的树脂锚固剂。顶网使用6 000mm×1 200mm的经纬金属网。

3.2 巷帮支护

两帮采用“锚索+经纬金属网”联合支护，每排每帮布置3根锚索。每排每帮布置4根Φ17.8mm×5 200mm的锚索，托板采用300mm×300 mm×12mm的拱型托板+调心球垫。药卷使用MS双速23/120的树脂锚固剂。锚索间距从顶板往下依次为400mm/1 000mm/1 000mm/1 000mm/500mm。帮网使用6 000mm×1 200mm的经纬金属网。巷道支护见下页图1。

4 支护效果情况

掌握工作面顺槽顶板离层情况及压力变化，观测内容为，顶板离层情况、两帮移近量、底鼓量等。测区位置，利用掘进时期的顶板离层仪观测站，正常情况下每50m一个观测站。如遗留的仪器发生损坏应适当加大观测站的距离，但最大不能超过200m。工作面矿压观测方案为每隔50m设立一个观察站。每个观测站安设锚索、锚杆测力计3个；安设1个顶板离层指示仪；同时设立3个观测断面，每个观测断面设3个观测基点，顶部1个、两帮各1个。锚杆锚索受力情况如图2。

图1 回风巷支护断面图（单位：mm）

随着掘进头距离的增大，巷道围岩变形量随之增大；围岩变形量经过一定增长之后，在掘进30m后基本趋于稳定。顶板离层量较小，顶板深部、浅部离层变化量很小，浅部离层量在1～3mm，深部离层量在2～4mm，锚固范围内总离层值为2～6mm，这说明锚索锚固在稳定的老顶石灰岩中对顶板的控制起到了关键的作用。顶底板相对位移主要来自于底臌；两帮由于锚索支护，未发生明显扩张变形。锚杆、锚索载荷变化不大，趋于平缓，说明巷道压力不大巷道整体稳定，另一方面说明设计支护承载力极大提高，支护方式满足该巷道现状。预应力锚索加固了顶板，有效地控制了锚固范围内的煤岩的离层，顶板深部离层值较浅部离层值仍然偏大，说明巷道在掘进阶段一直受到矿山压力影响。

因此通过对巷道的支护设计保证了巷道的稳定性和工作面的正常生产，节约成本，增加了吨煤效益。巷道采用的支护设计较好地控制巷道围岩的变形，锚索加强支护的效果显著，同时应注意调整帮锚杆的支护参数，以便更好发挥两帮锚杆的作用，有效降低两帮移近量。

图2 锚杆锚索受力情况

5 结语

采用高预应力全锚索支护技术后，有效地控制了顶板和两帮的围岩变化，避免了顶板进一步下沉和离层，切实提高了岩体的强度和稳定性以及整个围岩自身的承载能力，基本解决了巷道顶板下沉、煤帮破碎和巷道无法被正常使用的难题。另外，对于围岩破碎严重的情况采用了马丽散加固的方法，有效地加固周围围岩松动圈，使之成为整体，提高了围岩的整体承载能力并快速达到了要求的性能指标。