煤矿采煤掘进中高强支护技术的应用

王 亮

（西山煤电官地矿机电科， 山西 太原 030052）

引言

煤炭生产的安全性在一定程度上受制于巷道的支护效果和支护质量。近年来，随着采煤工艺和采煤技术的不断进步，以及开采深度的不断升入，工作面巷道的地质情况越发的复杂，巷道内的矿压现象问题越来越严峻，从而对巷道支护造成困难[1]。针对上述问题，为保证巷道的掘进速度、推进速度的要求，需采用效果更好、更加安全的支护方式。本文着重对煤矿采煤机掘进中的高强支护技术进行研究。

1 工程概况

本文以某矿为研究载体，该煤矿的生产能力为600万t/年，工作面煤层倾角范围为20°～27°，平均倾角为23°，目前该工作面的开采深度为138～338 m。该工作面巷道的长度为1 180 m，工作面煤层的平均厚度为5.25 m，采高为4.2 m。工作面所采用的开采工艺为长壁式综合机械化开采，对应的顶板管理办法为全部垮落法。该工作面的顶底板情况如表1所示。

2 采煤掘进工作面变形特征及影响因素分析

表1 工作面顶底板情况

2.1 采煤掘进工作面变形特征

本文所研究工作面自施工以来巷道变形严重，为充分掌握工作面的变形情况，在其顶板采用“十字布点”的方式对顶板和两帮的移近量进行监测。经对监测数据进行分析，可将工作面的变形特征总结如下：

1）工作面巷道顶板出现不同程度的煤层脱落；巷道顶板所采用的支护锚杆被拉断且钢带也被拉断，其中有一部分钢丝网被完全破坏[2]。其中，针对顶板下沉掉包严重的位置擦用木垛的方法进行强化支护，但最终效果不明显。

2）整个巷道工作面的底鼓现象较为严重，底鼓量最大可达1 500 mm。由于较大的底鼓量导致整个巷道的高度仅为1 m。

3）工作面巷道两帮的片帮现象严重，导致留设煤柱变小。

4）巷道底板与靠近工作面帮部的位置处出现严重的鼓出现象，导致原先的支护效果完全失效。

2.2 采煤掘进工作面变形影响因素

导致采掘工作面巷道变形且被破坏的原因可总结如下：

1）工作面巷道围岩的力学特性所导致。巷道顶底板的岩层强度较低，在强度的压力下容易导致巷道顶板或两帮的压力集中，从而导致顶板和两帮的岩层发生塑形变形，继而出现底鼓的现象，最终影响了巷道顶板和两帮岩层的稳定性[3]。

2）工作面开采扰动。在巷道掘进期间岩层表面的收敛量较小，巷道顶底板相对稳定；当工作面开始采煤时，由于受到采煤动压力的影响，导致工作面巷道顶板出现下沉，而巷道煤柱被压缩变形的现象。

3）支护结构不合理。当前工作面采用顶板锚杆支护、两帮锚杆支护、顶板加挂钢筋网，且在两帮和顶板均设有钢带的支护方式。巷道断面的支护如下页图1所示。

图1 巷道支护断面示意图（单位：mm）

工作面巷道所采用的支护方式在一定程度上影响巷道围岩的稳定性。鉴于该工作面的特殊性采用锚网梁和U型钢复合支护的方式，但是钢带与钢支架在刚度、强度以及结构上不耦合。随着巷道的不断推进，导致当前巷道的支护方式下的U型缸和锚网梁不能起到共同承载和变形的目的，最终导致巷道围岩稳定性被破坏。

3 采掘工作面高强支护的设计

为保证采掘工作面巷道的最终支护效果和支护质量，需根据巷道的地质条件、顶底板情况以及煤层特征选择最佳的支护时间。此外，巷道支护设计时应尽可能地优化支护参数，在能保证工作面安全生产的前提下，尽可能地降低工程造价[4]。经对该工作面地质条件和实际生产中巷道变形破坏特征及影响因素分析的基础上，拟采用“支、护、封、让”的联合支护思路实现对巷道工作面的高强支护。

3.1 高强支护方案的设计

1）顶板锚杆支护参数：所采用锚杆的直径为20 mm，长度为2 500 mm的左旋无纵筋螺纹钢锚杆，锚杆之间的间距为700 mm，每排锚杆的间距为800 mm，采用2卷MSK23/70的锚固剂对其进行固定。

2）两帮锚杆支护参数：采用锚杆的直径为18mm，长度为2 100 mm的螺纹钢锚杆。锚杆之间的间距为700 mm，每排锚杆的间距为800 mm，采用1卷MSK23/70的锚固剂对其进行固定。

3）底板锚杆支护参数：采用锚杆的直径为20mm，长度为2 500 mm的左旋无纵筋螺纹钢锚杆。锚杆之间的间距为700 mm，每排锚杆的间距为800 mm，采用2卷MSK23/70的锚固剂对其进行固定。

4）加挂钢筋网：钢筋网网格的形状为正方形，长度为150 mm。顶板钢筋网网片的长度为5 000 mm，宽度为800 mm；两帮钢筋网网片的长度5 000 mm，宽度为2 000 mm。

5）加装钢带：对于巷道顶板和两帮的单个锚杆采用W型钢带对其进行连接，使单个锚杆形成一个承载整体。

6）加装锚索：在巷道底角布置锚索，所布置锚索的角度呈45°，所选锚索的直径为15.24 mm，锚索的长度为4 000 mm，每排锚索的间距为1 400 mm，采用3卷树脂药卷进行固定。

3.2 高强支护的加固设计

针对工作面巷道变形破坏严重的位置采用注浆加固的方案[5]。注浆加固所选型的设备为气动高压双液化学注浆泵，具体型号为ZBQ-20/35，该注浆泵的具体参数如表2所示。

表2 ZBQ-20/35关键参数

除此之外，针对巷道顶板和两帮破坏变形严重的位置，为巷道加设弧拱形钢支架进行加固，加固后断面的支护如图2所示。

图2 弧拱形钢支架加固示意图（单位：mm）

4 结语

工作面巷道的支护质量和效果在一定程度上决定整个工作面的生产效率，就岩层条件复杂的工作面而言，应采用高强度支护技术对断面进行支护。本文针对某矿为其设计高强度支护方案：

1）针对该工作面顶板和两帮变形破坏严重的问题，在巷道顶板和两帮采用锚杆锚索联合支护的同时，为其加装钢筋网并为单个锚杆加装钢带使其形成一个承载整体的支护效果。

2）针对巷道顶板和两帮变形最为严重的位置，为其选择注浆加固和增加弧拱形钢支架的加固支护。