黄陵二号煤矿掘进巷道支护技术探讨

李凯军

近年来，黄陵二号煤矿巷道支护技术在长期理论研究、实践优化、经验总结的基础上，取得了前所未有的发展和进步，形成了适应矿区地质条件的巷道成套支护技术。矿井掘进巷道采用锚网索梁联合支护形式，有效的控制了顶板，彻底杜绝了冒顶事故的发生，保证了矿井安全生产的顺利进行。

一、地质概况

黄陵二号煤矿井田划分方式为盘区式，可采煤层为2#煤层，2#煤层顶板按岩性、层位、厚度及采掘过程中跨落的情况可分为老顶、直接顶和伪顶。伪顶为紧贴煤层，厚度较薄，一般小于0.5m，多为粉砂岩、泥岩或砂质泥岩，局部见炭屑，以层薄和随采随落为特征，极不稳定，零星分布；直接顶板以浅灰色细粒砂岩为主，局部为灰色粉砂岩，层状，多与煤层直接接触，基本全区分布，层位稳定，厚度为1.17-22.80m，一般厚度为3.99-6.88m；老顶以灰白色-浅灰白色中-细粒砂岩为主。碎屑成分以石英为主，占约83%，长石少量，其它为10%。岩性较坚硬，呈厚层状，不易跨落，全区分布，层位稳定，厚度为2.03-11.80m，一般为7.88m。直接底板几乎全部为泥岩，砂质泥岩、粉砂岩少量，含植物叶、根化石，全区分布，层位稳定。该层易风化，遇水易膨胀，厚度为0.70-12.24m，一般为3.80-6.61m；老底位于直接底板以下，岩性多为泥岩或粉砂岩，少数为厚度不大的灰白色细粒砂岩，局部为2#煤层的直接底板。

二、巷道支护设计

黄陵二号煤矿回采工作面采用三巷布置，辅运巷、胶带巷以及回风巷。辅运巷设计断面为3.8m（高）×4.6m（宽），担负工作面辅助运输任务并且作为下一个回采工作面的回风巷使用，为复用巷道；胶带巷设计断面为3.6m（高）×5.4m（宽），担负工作面的主运输任务，为一次使用巷道。为了提高巷道支护的整体性，采用锚杆、锚索、网片、钢带联合支护方式。

1.辅运巷支护设计

顶板支护：锚索使用Φ21.8-10300mm 十九芯防腐锚索,配合T140 钢带按照“一梁四索”的方式布置，四孔T140 钢带长度4100mm。锚索间排距1300×800mm。锚杆采用Φ22-2800mm 左旋螺纹钢锚杆，配合钢筋托梁（Φ16 圆钢加工）进行支护，梁长4100mm，孔距650mm，锚杆间排距650×800mm，每排7 根。

帮部支护：帮部采用Φ22-2800mm 金属锚杆配合T100 钢带支护，每排5 根，上部四根锚杆压T100 钢带，锚杆间排距800×800mm，靠近顶板帮锚杆距顶300mm。

网片：顶部及采面侧帮采用复合网；煤柱侧帮部采用Φ6.5mm 钢筋网片。

2.胶带巷支护设计

顶板支护：锚索采用Φ21.8-7300mm 十九芯钢绞线，配合T140 钢带，钢带上每排施工四根锚索。四孔T140钢带长度5000mm。锚索间排距1600×1800mm。顶板锚杆采用Φ22-2800mm 左旋螺纹钢锚杆配合钢筋托梁（Φ16 圆钢加工）进行支护，钢筋托梁长度5000mm，一梁七孔，锚杆间排距800×1000mm。

帮部支护：采面侧巷帮上下两根锚杆采用Φ22-2800mm 树脂锚杆进行支护，中间两根锚杆采用Φ22-2800mm 左旋螺纹钢锚杆进行支护，每排施工四根，锚杆间排距1000×900mm。煤柱侧巷帮采用Φ22-2800mm 左旋螺纹钢锚杆，每排施工四根，锚杆间排距1000×900mm。采面侧和煤柱侧两帮最顶排锚杆距顶均为300mm。

网片：顶部铁丝菱形网，采面帮部复合网，煤柱侧帮部采用Φ6.5mm 冷拔钢筋网片。

3.各支护构件作用

锚杆：锚杆支护可增加各岩层间的接触压力，避免不同岩层间出现离层现象；锚杆支护同时增加了岩层之间的抗剪强度，极大的阻止了岩层之间的水平位移，使得锚杆支护作用范围内的多个岩层锚固成一个较厚的组合梁，以增加围岩抗弯曲应变和承载应力的能力。

钢筋托梁：将单锚杆的点支护优化为线支护，起强化锚杆支护整体性的作用，使得巷道锚杆支护组成一个个区域性的整体承载结构，从而提高锚杆支护的整体效果。

网片：顶板铁丝网片、帮部的复合网或钢筋网片，在该支护形式中的作用均是为了维护锚杆间的巷道围岩，防止小块松散煤矸掉落而增加的巷道应力微变化。同时，也起到聚合各锚杆组成一个网状支护整体的作用。

锚索：锚索具有锚固深度大特点，根据悬吊理论，锚索可将下部不稳定的岩层或用锚杆支护形成的组合拱区域进一步与巷道上部稳定层相结合，增加巷道支护的可靠性。

钢带：将单锚索的点支护优化为线支护，这样可将锚索支护的整体性加强，同时钢带对巷道表面提供支护，阻止浅部离层，抑制裂隙进一步的扩张，减少岩层弯曲引起的拉伸破坏，改善岩层应力状态。

三、联合支护注意事项

1.支护设计的系统性

巷道支护需系统考虑，综合考虑巷道顶、帮、底的支护，最终目的就是将巷道的顶、帮和底板通过支护形成一个整体。当巷道顶板支护强度增加时，会导致围岩应力向帮部集中，此时，巷道帮部的支护强度也应适度增强，与巷道顶板支护强度一致，确保巷道帮部不被破坏。同时，锚杆、锚索、钢带、网片强度等参数也要系统考虑，例如锚杆长度和直径、锚杆间排距、锚固力、预紧力，以及锚杆、锚索、钢带和网片的系统性和协调性，使巷道支护形成一个有机的整体，从而保证相应地质条件下巷道的支护效果。

2.联合支护设计的针对性

锚网索梁联合支护设计中，必须抓住主要问题，分析研究出现顶板离层、下沉，帮部片帮和底鼓的原因，通过巷道破坏的机理分析，针对性的进行联合支护设计，确保巷道支护强度满足要求。

3.协调好个体强度与联合强度的关系

巷道支护是通过个体锚杆、锚索、网片和钢带共同发挥作用，形成一个有机的整体，保证有效支护。所以，充分协调处理好个体支护和联合支护的关系，单个锚索支撑力大，但只有与锚杆形成一个支护整体，才能发挥理想的支护效果。同时，还要分析并处理好巷道顶板、帮部和底板之间压力相互传递与转化的关系。

4.确保一次支护到位的原则

在提高支护强度方面，要协调处理好支护费用和支护效果之间的关系，综合分析一次支护投入和后期维护费用、生产效率及安全生产管理之间的关系，提高一次支护强度，有效控制巷道形变，避免二次修复支护。同时，在通过技术分析、经济比较的基础上，在围岩异常破碎区域采用注浆加固等技术，通过新技术、新工艺、新材料的应用，提高巷道支护质量、强度和效率，有效控制巷道形变，避免二次支护发生。

5.锚网索梁支护的及时性

巷道开掘后，原岩应力收到破坏而重新分布，巷道局部应力集中，造成围岩强度大幅度下降形成松动圈。松动圈从巷道周边向深部扩展需要一个过程，原有围岩的整体性在被破坏前，能承载应力，当围岩的整体性受到破坏无法自承，就会变成载荷向巷道施压。因此，巷道围岩支护要及时有效，确保在围岩的整体性未被破坏前得到有效的支护。

6.做好现场工程质量检验和数据收集分析

保证锚杆、锚索施工孔径、孔深符合设计施工，保证锚固剂按设计使用且搅拌均匀，保证锚杆、锚索间排距、预紧力、施工角度等符合设计，避免锚杆、锚索因施工质量缺陷而受力不均，被逐个破坏。支护技术研究中，现场观测和检验是理论与实践结合的关键，通过现场观测、检验数据，不断优化支护参数，形成适合自己矿井实际的经济合理、安全可靠的支护技术与规范。

四、结语

“锚杆+锚索+网片+T140 钢带”联合支护方式是锚杆支护理论的升级和进一步完善，经过黄陵二号煤矿近几年的工程实践，已经初步形成了一套完整的支护体系和设计施工规范，该支护方式技术上可行，安全上可靠，明显的提高了支护效果、减少了巷道维护量。当然，随着矿井开采深度的不断延伸，地质条件会发生一些变化，锚网索梁联合支护技术仍然需要不断优化提升，这需要我们工程技术人员在工程实践中更加不懈地去摸索、总结和优化，为煤矿巷道掘进支护技术水平的不断提升提供支持。