辛置煤矿回采巷道锚网索支护技术研究

郑田野

（霍州煤电集团辛置煤矿，山西 霍州 031412）

1 工程概况

巷道作为矿井生产系统的重要组成部分，主要担负着行人、通风以及运输等任务[1-2]。随着开采深度的增加，大多数巷道处于高地应力区域，且巷道围岩强度低，结构面不稳定，岩石破碎，容易受到地质构造以及相邻工作面开采扰动等因素的影响，巷道破坏变形严重，巷道支护困难，维护成本过高[3-4]。因此，根据矿井巷道作用、服务年限和围岩性质制定合理、经济、安全的支护方案是保障矿井安全生产的有效手段[5]。

辛置煤矿2-216综采工作面位于310 m水平二采区，其巷道布置平面示意图如图1。工作面所采2#煤层位于二叠系下统山西组，煤层稳定可采，结构复杂，含两层夹矸。煤层整体为单斜构造，东北高西南低，工作面煤层整体坡度较小，煤层倾角平均为9°。工作面运输巷与回风巷均沿煤层走向布置，巷道断面形状为矩形，设计尺寸4.2 m×3.2 m，长度为669 m。工作面回采巷道采用锚网索联合支护技术，有效解决了巷道顶底板围岩强度低、整体破碎、存在较多裂隙、巷道支护困难、围岩变形难以控制等问题。

图1 2-216综采工作面巷道布置示意图

2 锚网索支护机理分析

回采巷道在支护过程中，通过对锚杆尾部的螺母进行拧紧，将力传递到锚杆托盘上，对锚杆杆体施加轴向拉力（kN）、锚杆螺母施加力矩（N·m）。在锚杆尾部的拉应力区通过托盘传递到巷道围岩，压应力区在巷道表面出现，锚杆锚固范围内的围岩被压缩，在锚固范围内的围岩不易出现明显的离层、滑动与拉应力区，进而提高巷道围岩整体稳定性。图2为锚网索联合支护技术示意图。

由图2可知，在巷道支护过程中，锚杆与锚杆之间在巷道锚固区围岩形成具有一定厚度的有效压应力拱，增强支护体系的稳定性与自身承载能力，提高巷道围岩稳定性，减缓巷道围岩塑性区进一步拓展。当回采巷道受到工作面开采扰动以及工作面来压的影响，巷道塑性区开始增大，当巷道冒落范围大于锚杆锚固区的有效应力区范围时，锚杆锚固会失效，造成巷道顶板与锚固体系产生滑移，巷道顶板可能会产生冒顶。为了防止巷道顶板出现冒顶事故，采用锚网索联合支护手段，通过在巷道顶板设置锚索，增大锚固区范围，将锚索与锚杆联合支护，实现巷道顶板锚杆之间形成的压应力拱结构与巷道顶板上方稳定岩层相连接，最大限度地利用上部稳定岩层提高围岩-锚固支护体系的整体稳定性与围岩自身承载能力，进而达到预防巷道顶板冒顶以及改善巷道锚固效果的目的。

图2 巷道锚网索联合支护技术示意图

3 巷道支护方案及效果检验

3.1 巷道支护方案

对巷道顶板和两帮分别进行支护设计，巷道支护设计图如图3。

（1）顶板支护设计

巷道顶板采用“锚网索配合钢筋网、钢筋梯子梁及钢带”联合支护。图3（a）为顶板支护平面图。

锚杆布置：顶板布置7根左旋无纵筋螺纹钢等强锚杆，规格为Ф20 mm×3000 mm，间排距为800 mm×800 mm；托盘规格为150 mm×150 mm×10 mm钢板压制成弧形。每孔采用2个MSK快速树脂锚固剂；锚杆锚固长度0.8 m，预紧力为100 kN，顶板角锚杆安装角度为15°。钢筋网规格：Ф6.5 mm×900 mm×1600 mm，相邻两块钢筋网之间采用“弯钩”连接。

锚索布置：锚索规格Ф17.8 mm×6000 mm。顶板完整时采用“3-0-0-3”方式布置，间排距为1500 mm×1600 mm；托盘规格300 mm×300 mm钢板压制成弧形；每个锚索孔采用1个MSK快速树脂锚固剂和2个MSZ中速树脂锚固剂锚固。锚索预紧力为200 kN。

（2）两帮支护设计

巷道两帮采用“锚杆+钢筋梯+双层网”联合支护。图3（b）为两帮支护平面图。

锚杆布置：型号为Ф20 mm×2500 mm左旋无纵筋螺纹钢等强锚杆，间排距为800 mm×800 mm，托盘规格为150 mm×150 mm×10 mm钢板压制成弧形。帮部为煤体时，每个锚杆孔采用1个MSK快速树脂锚固剂和1个MSZ中速树脂锚固剂锚固；帮部为岩体时，每个锚杆孔采用2个MSZ中速树脂锚固剂锚固。其中，锚杆锚固长度为0.8 m，预紧力为100 kN，顶板角锚杆安装角度为10°。

钢筋网规格：Ф6.5 mm×900 mm×1600 mm，钢筋网布置：顶部布置4块网，从巷道中心线向两侧各布置2块，剩余部分在肩窝处弯曲布置，保证宽度为4.7 m，并且护严两肩窝；硬质塑料网规格为1 m×12 m，搭接100 mm。

巷道支护断面图如图3（c）。

图3 巷道锚网索支护设计图

3.2 工程效果检验

为验证2-216工作面回采巷道锚网索联合支护技术方案的合理性，制定回采巷道矿压监测方案，监测2-216工作面回采巷道表面位移。通过对测站距2-216工作面不同距离的巷道表面位移数据进行分析，总结回采巷道表面位移的变化规律，具体变形监测数据如图4。

由图4可知，随着2-216工作面推进，巷道变形量逐渐变大。巷道两帮最大位移量分别为220 mm、260 mm，顶底板移近量最大分别为140 mm、160 mm。顶板基本无离层，巷道位移小，两帮移近量较小，且是整体位移，回采巷道围岩稳定性得到提升，巷道在工作面回采期间的安全性得到了保障。

图4 两类巷道变形监测情况

4 结论

（1）回采巷道由于围岩强度低，结构面不稳定，岩石破碎，容易受到地质构造、相邻工作面开采扰动以及周期来压等因素的影响，巷道支护困难，维护成本过高。结合2-216工作面回采巷道的实际情况，提出了锚网索联合支护技术，采用锚索与锚杆联合支护，提高围岩-锚固支护体系的整体稳定性与围岩自身承载能力，进而达到预防巷道顶板冒顶以及改善巷道锚固效果的目的。

（2）分别对回采巷道的顶板和两帮进行支护设计，并通过测站对距工作面不同距离的巷道表面位移数据进行分析。巷道顶板基本无离层，巷道位移较小，回采巷道围岩整体性得到提升，巷道在工作面回采期间的安全得到保障。