西冯街煤业3408下分层运输巷混合支护技术应用

上官卫军

(山西阳城阳泰集团 西冯街煤业，山西 晋城 048100)

长期以来，煤炭一直是我国的主要消费能源。虽然逐渐向绿色清洁能源结构转变，但短期内以煤为主的能源结构不会改变。我国煤矿以井工开采为主，需要掘进大量的巷道，有关数据显示[1-3]，我国井工煤矿每年掘进的巷道已经超过了20 000 km，确保采煤工作面巷道围岩在回采期间的稳定是矿井实现高产、高效的关键。为此，诸多学者[4-7]针对不同围岩条件的巷道提出了以锚杆(索)为主的主动支护以及型钢为主的被动支护方式。本文结合西冯街煤业3408下分层运输巷所处的地质条件和断面大小，探索采用混合型支护来确保巷道的稳定。

1 工程概况

西冯街煤业3408下分层运输巷，主要担负3408下分层工作面进风、运输等任务，该工作面主要开采3号煤层，地面标高+571～+648 m，井下标高+483～+492 m。3号煤层赋存于山西组中下部，煤层结构简单，含0～2层夹矸，煤层平均厚度为5.85 m，条带状结构，层状构造，煤层坚固性系数3～4，视密度1.47 t/m3。煤层直接顶为黑色的泥岩，厚度1.15 m，致密块状，含少量砂质；基本顶为灰黑色粉砂岩，厚3.99 m，上部含较多石英及云母片，下部质均，底部粒度变细，全层分布植物化石碎片；直接底为黑色粉砂岩，厚度为0.5 m，致密块状，含炭质，条痕黑色，底部砂质增多，为中等坚硬岩石；老底为灰黑色中细砂岩，厚1.35 m，石英为主，含大量黑色矿物及云母片。

2 试验巷道混合支护技术

2.1 试验巷道掘进规划与断面设计

3408下分层运输巷开口位于四盘区运输巷55 m处，沿四盘区运输巷底板以巷道真方位角180°水平掘进38.6 m至3号煤层底板，沿3号煤层底板继续掘进3.5 m后至回风绕道，之后以巷道真方位角180°，沿3号煤层底板继续掘进876.9 m至设计位置。

1) 3408下分层运输巷0～6 m范围为矩形断面，掘宽4.9 m(中线左2.1 m、中线右2.8 m)，高3.5 m，掘进断面积17.15 m2。

2) 3408下分层运输巷6～42.1 m范围为矩形断面，掘宽4.2 m(中线左2.1 m、中线右2.1 m)，高3.5 m，掘进断面积14.7 m2。

3) 3408下分层运输巷42.1～919 m范围掘进断面为梯形断面，上宽3.9 m、下宽4.5 m、高2.8 m，掘进断面积11.76 m2。

2.2 试验巷道混合支护技术

根据巷道所处的地质条件和断面大小，巷道掘进0～42.1 m范围顶煤厚度较小，采用锚杆(索)网将顶板锚固至基本顶稳定的岩层。巷道掘进至42.1～919 m范围开始进入底板岩层，其顶板煤层厚度较大，煤层完整性较差，不适用于锚杆(索)网支护，改用工字钢棚架支护，其具体支护参数如下：

1) 3408下分层运输巷0～6 m范围巷道采用锚杆(索)网支护，顶锚杆长度2.4 m、直径20 mm，帮锚杆长度为1.8 m、直径20 mm，顶锚杆间排距为0.85 m×0.9 m，帮锚杆间排距为0.8 m×0.9 m，每根锚杆选用1卷CK2335和1卷K2360的树脂锚固剂，锚杆预紧力矩不低于120 N·m，锚固力不低于80 kN，锚杆配套12 mm圆钢焊接的钢筋梯；巷道顶板采用锚索加强支护，规格为D17.8 mm×7 000 mm，间排距1 200 mm×1 800 mm，每根锚索采用1卷CK2335和2卷K2360的树脂药卷进行锚固，安装预紧力不低于100 kN，不高于120 kN；金属网采用10号铁丝编织的菱形金属网，宽1 070 mm，顶网长度4 200 mm、帮网长度2 700 mm，具体支护参数见图1(a)。

图1 3408下分层运输巷道巷道支护断面(mm)

2) 3408下分层运输巷6～42.1 m范围巷道支护参数：顶锚杆长度2.4 m、直径20 mm，帮锚杆长度为1.8 m、直径20 mm，顶、帮锚杆间排距均为0.8 m×0.9 m；顶板采用锚索加强支护，规格为D17.8 mm×7 000 mm，间排距2 000 mm×1 800 mm；金属网采用10号铁丝编织的菱形金属网，宽1 070 mm，顶网长度4 900 mm、帮网长度2 700 mm，其余参数参照0～6 m区域，具体支护参数见图1(b)。

3) 3408下分层运输巷42.1～919 m范围巷道支护参数：采用12号矿用工字钢配合拉杆、背板等支设梯形钢棚，棚距0.6 m，在顶梁上部垂直(或平行)巷道铺设金属网，金属网采用10号铁丝编织的菱形金属网，宽1 070 mm，顶网长度4 200 mm、帮网长度2 700 mm，具体支护参数见图1(c)。

3 围岩控制效果分析

通过布置测点对巷道表面位移量进行监测发现，3408下分层运输巷0～42.1 m范围在巷道掘出0～110 d阶段内，巷道由快速变形到缓慢变形，并最终趋于稳定，其巷道顶底板相对变形量约为145 mm，两帮相对变形量约为103 mm；42.1～919 m范围的巷道由快速变形到缓慢变形，并在巷道掘出140 d后才趋于稳定，其巷道顶底板相对变形量约为226 mm，两帮相对变形量约为168 mm，其巷道趋于稳定时间增加了1个月左右，其顶底板变形量增加81 mm，两帮变形量增加65 mm，顶底板变形量同比增加55.9%，两帮变形量同比增加63.1%。这说明3408下分层运输巷进入煤层底板，巷道周边围岩不适用锚杆(索)网支护，而采用工字钢架棚支护，其支护效果相对较差，但整体来看，巷道围岩变形量均在合理范围内。如图2所示。

图2 3408运输巷不同区域巷道变形曲线

4 结 语

1) 西冯街煤业3408下分层运输巷掘进0～42.1 m范围顶煤厚度较小，采用锚杆(索)网将顶板锚固至基本顶稳定的岩层，巷道掘进至42.1～919 m范围开始进入底板岩层，其顶板煤层厚度较大，完整性较差，不适用于锚杆(索)网支护。

2) 根据试验巷道具体生产地质条件，提出了西冯街煤业3408下分层运输巷掘进规划与断面设计，开发了西冯街煤业3408下分层运输巷混合支护技术，实现了西冯街煤业3408下分层运输巷稳定控制。