三软复合顶煤层高应力区煤巷支护形式研究

李梅东 卢建建 臧云涛

（山东良庄矿业白石崖煤矿，陕西 铜川 727104）

1 概况

陕西省铜川市耀州区白石崖煤矿地处黄陇侏罗纪煤田旬耀矿区东段，行政区划属铜川市耀州区照金镇管辖。4107工作面处在井田向斜轴部，4107轨道巷位于+992水平一盘区西翼，南邻4105运输巷，巷道埋深413m，全长约918m，开门处底板标高+918.5m，巷道按真方位236°，沿4-2煤层顶板掘进。4107轨道巷北部尚未开采，上邻4105面正在开采，走向北西至北东，煤层倾向北东至南东，倾角 5°～8°。

该采区4-2煤较复杂：煤层中含多层碳质砂岩及泥质粉砂岩夹矸，其中煤顶向下2.7m左右，含一层厚0.1～0.3m左右较稳定的泥质粉细砂岩夹矸，其它几层夹矸不稳定，煤层夹矸平均厚度0.4m，纯煤厚3.1m。煤4-2直接顶板以粉砂岩为主，部分地段相变为泥岩，炭质泥岩、粉砂岩灰色、深灰色近水平层理，裂隙发育被方解石充填，抗压强度变化较大15.0～16.2MPa，平均15.5MPa，属软弱的不稳定顶板。局部顶板砂岩水以淋水方式进入迎头，经过淋水侵蚀和浸泡，围岩强度大大降低，对巷道的支护效果也产生了较严重的影响。综合考虑以上因素，结合围岩特性，确定4107轨道巷为Ⅳ类不稳定围岩。底板以灰色、灰黑色炭质泥岩为主，据岩石力学试验资料，抗压强度2.1～15.4MPa，属软弱岩石，膨胀率0.198～4.182，含水率5.13%，易吸水发生底鼓。

2 实施过程

为校验不同支护形式对三软煤层高应力区煤巷的支护效果，该矿对4107轨道巷分阶段采用了不同支护方式，并对各阶段的支护效果进行了矿压观测。

2.1 支护方式一

4107轨道巷掘进宽度4.2m，高3.2m。考虑到以锚杆为主体构件的锚带网+锚索支护具有较好的可缩性和较高的承载能力，把锚固力大、性能稳定的全螺纹钢等强锚杆作为首选，巷道顶、帮先期采用锚带网+锚索支护。支护规格：顶板采用Φ22×2200mm全螺纹钢等强锚杆，两肩窝采用Φ22×2400mm全螺纹钢等强锚杆配W型钢带、托盘及金属菱形网，每排6根锚杆，排距1000mm；锚索采用Φ17.8×8300mm金属钢绞线，每根锚索使用5根Φ28×350mm树脂锚固剂，锚固长度不低于1500mm，锚固力不低于200kN,配20#槽钢加工的托梁，锚索布置在巷道中间，间排距1600×2000mm；两帮采用Φ22×2200mm全螺纹钢等强锚杆配M钢带护帮，挂双向拉伸网，每排8根锚杆，排距1000mm，锚杆环形及走向布置一条线。每根锚杆配两块Z2835型树脂锚固剂加长锚固，顶板锚固力不低于130kN，两帮锚固力不低于70kN,预紧力不低于400N·m。巷道围岩破碎时，锚杆排距缩至900mm，支护方式一延米单价3425元/m。

4107轨道巷段距离4105工作面停采线较远，根据矿压观测数据，巷道围岩变形量为6mm/d,符合正常的巷道围岩变形范围。说明该支护方式能够较好地适应动压较弱的三软煤层复合顶煤巷。支护方式一适用于动压较弱的三软复合顶煤层煤巷。

图1 4107轨道巷支护方式一（单位：mm）

2.2 支护方式二

巷道掘进到距离4105工作面150m处时，巷道压力逐渐增大，巷道围岩移近量增大，表明上述支护强度、密度不能有效地阻止变形。为此，采取了以下措施：

（1）将巷道掘进宽度改为4.5m，高3.4m，仍采用锚带网+锚索联合支护，锚杆排距变为900mm，锚索排距改为1800mm。支护方式二延米单价3750元/m。

（2）在锚杆、锚索排距缩小后，尽管巷道断面扩大，但支护密度得到了增加。根据矿压观测数据，巷道围岩变形量为9mm/d,符合正常的巷道围岩变形范围，说明缩小锚杆、锚索排距，适当增加巷道掘进断面，能够较好地控制围岩变形适应应力影响，巷道围变形可满足生产安全需要，不会造成巷道失修现象。

图2 4107轨道巷支护方式二（单位：mm）

2.3 支护方式三

当巷道掘至4105工作面50m时，应力继续增大，两帮出现网兜，顶板下沉量增加，施工时迎头、两帮片帮。为此，采取了以下措施：

锚杆排距变为800mm，锚索排距变为1600mm，间距1600mm，每排3根。两帮每1600mm在两排帮钢带中间加一根帮锚索加强支护，帮锚索采用Φ17.8×4300mm金属钢绞线，每根锚索使用5根Φ28×350mm树脂锚固剂，锚固长度不低于1500mm，锚固力不低于200kN,配蝶形托板。支护方式三延米单价3950元/m。根据矿压观测数据，顶板下沉、片帮、网兜等现象得到控制，巷道围岩变形量为10mm/d,说明这种支护方式能有效控制巷道围岩变形。

图3 4107轨道巷支护方式三（单位：mm）

采用缩小锚杆、锚索排距，增加顶、帮锚索通过高应力影响区后，巷道受力逐渐稳定，但该施工巷道处在4105工作面采空区范围内，动压仍较强，采用支护方式一不能有效地控制巷道变形。如继续采用支护方式三，虽然支护效果较好，但延米单价比支护方式二每米增加200元。在动压较强区域采用支护方式二，能有效控制围岩变形，除软底变形外，顶板、两帮支护体很好地控制软底变形诱发的围岩破坏。根据矿压观测数据，巷道围岩变形量为8mm/d，符合正常的巷道围岩变形范围，每米巷道又可节省200元施工费用。故该矿重新采用支护方式二。

3 结论

在4107轨道巷施工过程中，根据巷道所处不同采动压力区，先后采用三种支护方式控制巷道围岩。支护方式一适用于三软复合顶煤层煤巷采动应力较弱时；支护方式二，增大掘进断面，缩小锚杆、锚索排距，适用于三软复合顶煤层煤巷采动应力较强时；支护方式三，采用锚带网+顶锚索与帮锚索联合支护，适用于三软复合顶煤层煤巷采动高应力区。

根据矿压观测及时调整不同压力区的巷道支护方式，既能有效控制围岩变形，又可节省成本费用，解决了应力区巷道变形失修的问题。