坚硬顶板条件下回采巷道锚网支护技术研究

2019-07-15姬静伟

山东煤炭科技 2019年6期

姬静伟

（山西晋煤集团晋圣矿业投资有限公司，山西晋城 048000）

诚南煤业隶属于山西晋煤集团晋圣矿业投资有限公司，由阳城海阳煤化有限公司、阳城恒诚万和煤业有限公司、阳城岭南煤业有限公司三矿整合而成，批准开采15#煤层，井田面积16.0022km2，生产规模45万t/a。为保证诚南煤业15#工作面的安全正常回采，必须对诚南煤业15#地质条件和力学参数进行调研、评估，确定回采巷道最为经济合理的支护技术，对巷道安全高效掘进有重要的现实意义。

1 工程概况

15101工作面为首采工作面，主采15#煤层，位于太原组一段顶部，K2灰岩之下。煤层厚度1.40～3.40m，平均厚2.20m。煤层结构简单，一般含0～2层矸石，矸石成分多为炭质泥岩或灰黑色泥岩。其直接顶板为K2石灰岩，平均厚10.13m，抗压强度在100MPa以上；底板为灰黑色泥岩，抗压强度为3.4～9.1MPa，平均为6.9MPa。

2 回采巷道围岩变形破坏原因分析

通过对已掘巷道出现的顶板下沉量偏大、顶板多处产生坠包和锚杆托盘内煤体冒空现象进行分析，总结其发生破坏的主要影响因素分为地质条件和现场施工两类。

2.1 地质条件影响

地质条件往往是导致巷道变形破坏的主要因素。掘进巷道所处的埋深、围岩的力学性质（包括膨胀矿物的成分及含量），以及由于大埋深造成的高地应力对巷道围岩的变形破坏有直接的影响。

2.2 现场施工影响

（1）现场未配备风动扳手或扭矩倍增器导致锚杆施加的预紧力矩普遍偏低，未能充分发挥锚杆主动支护的作用，进而导致巷道锚杆支护效果较差。

（2）锚杆未能垂直巷道顶板施工，多处锚杆螺母和托盘之间呈点接触或者线接触形式，锚杆支护效果较差，巷道表面围岩变形或者破碎后，锚杆很容易失去支护作用。

（3）锚杆螺母与托盘之间未放置尼龙减摩垫圈，导致两者间摩擦阻力偏大，受摩擦阻力的影响，锚杆预紧力矩转化为轴向预紧力损失较大。

（4）相邻巷道的开挖造成的动压扰动影响，往往是导致巷道支护设计失效的重要因素[1-5]。

3 巷道支护方案确定

15101首采工作面回采巷道采用机掘工艺，设计净宽4700mm，净高2900mm，掘进断面积13.63m2。依据巷道围岩控制技术，结合现场实际的地质条件，综合考虑回采巷道变形破坏机理，巷道采用树脂加长锚固高预应力锚网索组合支护系统。巷道顶板每排共布置4根锚杆，巷道两帮每排各布置3根锚杆，巷道锚杆支护布置图如图1所示。

图1 回采巷道锚杆支护布置图

（1）顶板锚杆布置参数。顶板采用钢号400#的左旋无纵筋螺纹钢锚杆，锚杆直径为20mm，长度为2000mm；顶板锚杆间排距为1300×1500mm，每排4根锚杆；顶角侧锚杆施工角度与垂直方向不得大于10°，其他锚杆均垂直顶板布置；锚杆钻孔直径28mm，孔内填入规格为MSK2335和MSZ2360树脂药卷各一支；巷道铺设菱形网支护顶板，网孔规格50×50mm，网片规格为4900×1600mm，搭接长度为100mm；配合使用拱形高强度可调心托板，规格为150×150×10mm，辅以高强调心球垫和尼龙101减摩垫圈；现场配置风动扳手或扭矩倍增器，保证锚杆预紧力矩不低于300N·m。

（2）顶板锚索布置参数。顶板采用1×7股的高强度低松弛预应力钢绞线，锚索直径为17.8mm，长度为5300mm；锚索排距为4500mm，即每间隔三排锚杆居中布置1根锚索，起到补强加固和探顶的双重作用；顶板锚索全部垂直顶板施工；锚索钻孔直径28mm，孔内填入规格MSK2335树脂药卷一支和MSZ2360树脂药卷两支；配合使用拱形高强度可调心托板，规格为300×300×16mm，辅以高精度锁具；现场施加的锚索预紧力不得低于200kN。

（3）帮部锚杆布置参数。采用钢号400#的左旋无纵筋螺纹钢锚杆，锚杆直径为20mm，长度为2000mm；锚杆间排距为1100×1200mm，每帮3根锚杆；所有锚杆均垂直巷帮布置；锚杆钻孔直径28mm，孔内填入规格为MSK2335和MSZ2360树脂药卷各一支；巷道铺设菱形网支护帮部，网孔规格50×50mm，网片规格为2900×1300mm，搭接长度为100mm；配合使用拱形高强度可调心托板，规格为150×150×10mm，辅以高强调心球垫和尼龙101减摩垫圈；现场配置风动扳手或扭矩倍增器，保证锚杆预紧力矩不低于300N·m。

4 回采巷道围岩变形观测分析

为了对回采巷道锚网索联合支护效果进行检验，掌握回采巷道围岩变形规律，采用“十”字布点法在巷道内间隔50m布置巷道表面位移观测点。巷道变形测点布置如图2所示，连续进行8周观测，并对回采巷道顶底板移近量及两帮移近量进行统计分析。同时，与未采用优化设计之前的围岩变形情况进行对比分析，回采巷道围岩变形情况如图3所示。

图2 巷道变形测点布置剖面图

监测数据显示，回采巷道顶底板移近量与两帮移近量增长趋势基本保持一致。掘巷2周内，巷道围岩变形量增长迅速，随后增长速度下降明显；掘巷6周后巷道围岩达到动态平衡状态，巷道顶底板移近量最大值为28mm，两帮移近量最大值为64mm。由此可知，采用高强锚网索联合支护技术，有效控制了回采巷道围岩变形，提高了巷道围岩稳定性，取得良好的支护效果。