急倾斜厚煤层分层开采顶板巷支护设计

李冠一

摘要：本文就某使用急傾斜厚煤层分层开采项目，针对顶板巷道的地质情况，使用扫描电镜以及X射线等方式对巷道围岩构造性质等有具体了解，随后借助FLAC技术进行模拟分析，最终确定了相对合理的锚网索联合支护措施，经过现场实际验证，此次设计的巷道支护设计方案可以大大规避围岩变形问题，确保现场开采工作顺利进行，充分证明了该支护方案的可靠性以及有效性。

关键词：急倾斜厚煤层;支护;分层开采

1.项目概况分析

该矿井是典型的低瓦斯矿井类型，其中煤层等并不存在爆炸性危险。经过探测，其中煤层机构相对复杂且并不稳定，水文地质条件也比较简单，含有少量裂隙水情况，但不会影响生产。顶板主要为含碳以及不含碳的粉砂岩、泥岩等为主，部分为砾岩，存在砾粗砂岩与细砂岩等。底板主要为炭质泥岩以及不含碳的细粉、粗粉砂岩与互层为主，局部为中粒砂岩以及细晶岩。此次主要采用水平分层悬移支架顶煤的方式进行开采，爆破落煤。现场实际采高约为2米，放顶煤高度约为6米左右。

2.支护方案探讨

2.1顶板岩性探测

首先利用X射线技术对顶板的岩石进行衍射分析，从而得到煤顶板的矿物成分含量分布情况。结果表明，该煤顶板的主要成分为伊利石以及高岭石与绿泥石等。相较于其它矿物成分，伊利石的含量最高，属于常见的膨胀性软岩，具有特殊的遇水膨胀效果。随后，利用电镜技术进行微观结构的探测，结果显示该项目部分巷道的围岩主要由软弱、破碎的膨胀性软岩组成。

2.2支护方案研究

依据实际所探测到的改巷道地质条件情况，并集合变形力学现骨干原理，参照逐步转化复合型变形力学原理为单一型变形力学机制的设计模式，确定最终顶板巷的支护形式，即锚网索与高强度钢带配合支护。实际巷道毛断面设计规格为2600*2600mm，净断面实际规格为2400*2500mm。

依据不同的支护位置，实际所需要选用的支护锚杆规格也各不相同：煤帮部锚杆主要采用直径20毫米左右的无纵筋高强度螺纹钢锚杆，长度约为2.4米，间排距设计为750*800毫米，使用CK2850以及CK2350作为锚杆的锚固剂，实际锚杆的预紧力应当不低于8吨;针对顶板锚杆主要采用直径为20毫米的左旋无纵筋高强度螺纹钢锚杆为主，长度约为2.4米，间排距为750*800毫米，使用CK2850以及CK2350作为主要锚固剂，设计锚杆预紧力应当不低于8吨;而针对岩帮部的锚杆则可以选择直接为18毫米的树脂锚杆即可，长度约为2米，间排距可以适当增至850*800毫米，同样以CK2850以及CK2350作为主要锚固剂，设计锚杆预紧力应当不低于8吨。对于顶以及煤帮的锚杆主要使用蝶形钢托盘作为主要托盘，尺寸设计为150*150*10毫米即可，而对于岩帮的锚杆则主要选择200*300*50毫米的水泥托盘即可。

对于顶部以及煤帮部的使用直接为6毫米的冷拔钢筋制成的经纬网即可，规格以1800*1000毫米为宜，网格的大小应当不高于60*60毫米，所有的网需要使用压茬进行可靠连接，搭接长度应当不低于100毫米。除此之外，相邻的两块网之间应当使用12号铁丝进行可靠固定连接，连接位置应当分布均匀，间距设计不高于400毫米为宜。在岩帮位置则采用直径为6毫米的冷拔钢筋所制成的经纬网，规格以1800*1000毫米为宜，网格的大小可以100*100毫米，此外相邻的两块网压茬应当不低于100毫米，并使用12号铁丝进行有效固定，相邻的两个链接位置之间的间距也应当不高于400毫米，且均匀分布。此次所选用的钢带，不同使用场合钢带质量规格要求也各不相同。在顶部位置主要采用BHW270-275W型钢带，展宽需要达到300毫米，成型后的宽度应当不低于270毫米，板材的厚度设计为2.75毫米，长度为2.5米。而在煤帮为主则主要采用钢筋梯的方式，破碎段选择BHW270-275W型钢带。让压管是一个典型的含有一定的塑性的塑料套管，一般安装在螺母与托盘之间。由于煤帮锚杆由于动压的存在可能会发生一定的形变，为了保障帮锚杆可以有效管控煤帮的形变，此次对于所有煤帮锚杆均安装了该让压管。

此次使用直接大小为15.24毫米、长度为6米的锚索，外漏长度约为300毫米。锚索的托盘选择20号的槽钢，规格为400*2200*80毫米，中间加焊的规格为200*150*10毫米，钢板中心眼孔设计直径为16.5毫米。相关锚索选择CK2350型锚固剂，内部采用K2350型树脂药卷。锚索的顶紧力设计应当不低于15吨。锚索垂直巷道顶部进行布置，实际锚索排距应当为1600毫米，每排设置1根。具体设计断面示意图如下所示：

3.施工流程分析

首先，依据设计毛断面对巷道进行进一步的深入掘进，并确保其成型完好;在架设开始前务必对探梁等进行临时可靠支护;其次，紧随着进行迎头挂网，摆好钢带、紧随迎头进行顶部锚杆眼的布置、将顶部锚杆安装完毕、布置好帮部的钢筋梯、在帮部打锚杆眼、将帮部锚杆以及让压杆等可靠安装完毕;最后，打锚索眼，随后可靠安装锚索，对安装完毕后的锚索进行张拉操作，从而增加锚索的预紧力。在整个的施工作业过程中，其中一些施工流程可以依据现场实际条件进行平行作业，从而进一步加快整个工作进度。

4.支护效果分析

使用矿压监测的方式对设计支护方案效果进行科学分析。所涉及的设备包括测力锚杆、锚索测力计和智能数字应变仪等。通过对各个设备的测试数据记录分析，在回采之前基于测力锚杆以及锚索测力装置实时监测数据反馈，测力锚杆以及锚索测力计的数据显示相对稳定，说明在这段时间内，矿压处于相对稳定的状态;而当开始回采时，由于回采的影响，矿压瞬间增加，就监测结果分析，监测到的数据出现明显的变化，且随着煤回采的进行，监测的数据也在缓慢增加。说明此次支护方案设计相对科学合理，可以起到较好的支护效果，满足现场使用需求。

5.结束语

近些年随着我国社会经济的快速发展，对煤矿等资源的需求越来越大。而煤矿开采问题一直以来是社会高度关注的话题之一。急倾斜厚煤层分层开采顶板巷支护工程是煤矿开采经常遇到的问题，一旦设计不合理极有可能造成严重的安全隐患。本文依据具体案例，首先利用X射线衍射以及扫描电镜SEM微观结构分析技术对巷道周边的围岩情况等进行全面分析，随后利用FLAC数据模拟技术，从而制定了相对科学合理的支护方案。经过工程实际的验证，结果表明此次所涉及的支护方案可靠性较高，可以大大控制围岩形变情况，确保日常生产的正常进行。未来随着煤矿开采难度越来越大，对于相关单位务必关注煤矿开采安全问题，依据工程现场实际地质条件等综合因素，提供更为科学以及可靠的设计方案，务必保障现场作业的安全性。

参考文献

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