巨厚坚硬顶板下切巷锚网索柱主动联合支护技术应用

高士超

（晋能控股煤业集团有限公司煤峪口矿，山西 大同 037003）

随着科学技术的不断进步发展，采掘装备不断更新迭代，采掘装备的尺寸也逐渐加大。有关资料显示，我国现有的采煤机滚筒直径已达3.0 m 以上，液压支架长度更是达到了8.0 m 以上[1-5]。

1 工程概况

煤峪口矿8701 工作面位于307 盘区11#层，北与307 盘区巷道相连，东为8703 工作面，南为永定庄矿11#层81004 采空区，西为永定庄矿11#层81006 采空区。工作面标高1 001.3～1 013.8 m，地面标高1 347.9～1 362.8 m。8701 工作面切巷长度176.1 m，计划布置1 台MG300/700-AWD 采煤机、1 部SGZ-764/630 刮板输送机、120 架ZZSX-6000液压支架。切巷为矩形断面，尺寸6500 mm×3000 mm。切巷布置示意图如图1。

图1 切巷布置示意图（mm）

工作面开采的区域煤层走向近似NW-SE，倾向NE，倾角2°～5°，平均4°，煤层厚2.37～5.31 m，平均4.53 m。煤层结构简单，厚度变化不大，裂隙不发育，属于稳定煤层。煤层直接顶为深灰色粉砂岩，厚度为0.82～2.10 m，平均厚度1.40 m，抗压强度为154.6～165.3 MPa，普氏系数15～16；基本顶为浅灰白色的粉砂岩与细砂岩互层结构，厚21.49～41.64 m，平均厚度24.4 m，岩性以粉砂岩为主，抗压强度为175.1 MPa，普氏系数18；直接底为灰白色细砂岩，厚度3.60～6.62 m，平均4.00 m，胶结坚硬。

2 锚网索柱主动联合支护技术

8701 工作面基本顶属于坚硬岩层，其岩层厚度及岩性赋存稳定，具备较强的承载能力，加上8701工作面切巷断面尺寸为6500 mm×3000 mm，顶板跨度相对较大，巷道围岩控制相对困难，因此采用一次掘巷、二次扩巷的成巷技术，同时采用锚网索柱主动联合支护技术，以实现巨厚坚硬顶板下切巷围岩的稳定控制。

锚杆和锚索的高预紧力可实现主动支护效果，促使巷道围岩与支护结构形成统一承载体，同时长度6000 mm 的锚索将锚杆形成浅部锚固区域锚固至巨厚坚硬顶板岩层，可充分发挥其承载能力，从而实现切巷的稳定控制。

2.1 一次掘巷支护技术

11#层8701 工作面切巷一次掘巷断面尺寸为4200 mm×3000 mm，采用锚杆+锚索+W 钢带+金属网联合支护，巷道支护断面如图2，具体技术参数如下：

图2 巷道支护断面图（mm）

（1）顶板采用锚杆+锚索+W 钢带+金属网联合支护。锚杆为直径20 mm、长度2000 mm 的高强锚杆，间排距900 mm×1000 mm，每排布置4 根，与非工作面侧巷帮夹角施工1 根角锚栓，每根锚杆配套2 支树脂锚固剂（K2335、Z2360 各1 支），锚杆锚固力设计100 kN，预紧力矩设计270 N·m，锚杆采用4 mm 厚的W 钢带连接。锚索采用规格为直径17.8 mm、长度6000 mm 的钢绞线，间排距1500 mm×2000 mm，每排布置3 根，每根锚索配套3 支树脂锚固剂（1 支K2330、2 支Z2360），锚索张拉预紧力设计40 MPa，金属网为菱形，由10#铁丝编制，规格4400 mm×1100 mm。

（2）非工作面侧巷道采用锚杆+W 钢带+金属网联合支护。锚杆为直径20 mm、长度2000 mm的高强锚杆，间排距1000 mm×1000 mm，每排布置2 根，与工作面顶板夹角施工1 根角锚栓，每根锚杆配套2 支树脂锚固剂（K2335、Z2360 各1 支），锚杆锚固力设计100 kN，预紧力矩设计270 N·m，锚杆采用4 mm 厚的W 钢带连接，金属网为菱形，由10#铁丝编制，规格2800 mm×1100 mm。

2.2 二次扩巷支护技术

11#层8701 工作面切巷二次扩巷断面尺寸为2300 mm×3900 mm，扩巷区域顶板采用锚杆+锚索+W 钢带+金属网+点柱联合支护，具体技术参数如下：

锚杆规格为直径20 mm、长度2000 mm 的高强锚杆，间排距800 mm×1000 mm，每排布置3 根，每根锚杆配套2 支树脂锚固剂（K2335、Z2360 各1支），锚杆锚固力设计100 kN，预紧力矩设计270 N·m，锚杆采用4 mm 厚的W 钢带连接。锚索采用规格为直径17.8 mm、长度6000 mm 的钢绞线，间排距1500 mm×2000 mm，每排布置2 根锚索，第一根锚索距左侧锚索600 mm 布置，每根锚索配套3 支树脂锚固剂（1 支K2330、2 支Z2360），锚索张拉预紧力设计40 MPa。金属网为菱形，由10#铁丝编制，规格4400 mm×1100 mm。在距工作面侧2100 mm 位置布置1 根带帽点柱进行加强支护，点柱长度3000 mm，柱帽规格500 mm×200 mm×50 mm，柱距1000 mm。

3 效果分析

将锚网索柱主动联合支护技术应用于切巷支护中，采用十字测试法监测了8701 工作面切巷掘巷时期的围岩移近情况，结果如图3。8701 工作面切巷成巷后围岩变形可分为：围岩失稳阶段、围岩失稳调整变形阶段、围岩稳定阶段。

图3 切巷围岩移近曲线图

围岩失稳阶段是切巷初掘时期，围岩稳定性受开挖扰动，围岩处于失稳状态。该阶段围岩变形量较大，主要集中在成巷40 d 内，该阶段顶板、非工作面侧帮、工作面侧帮移近速度分别约2.14 mm/d、1.43 mm/d、1.90 mm/d。围岩失稳调整变形阶段是指围岩及支护结构将失稳的围岩逐渐调整为稳定的阶段。该阶段围岩变形速度有所降低，主要集中在成巷40～80 d 内，该阶段顶板、非工作面侧帮、工作面侧帮移近速度约1.16 mm/d、0.59 mm/d、0.17 mm/d。围岩稳定阶段是指在围岩及支护结构作用下围岩变形速度趋近于0，切巷不再发生大的变形。该阶段在成巷80 d 后，顶板、非工作面侧帮、工作面侧帮移近量为132 mm、81 mm、107 mm。

综上所述，锚网索柱主动联合支护技术实现了巨厚坚硬顶板下11#层8701 工作面切巷的稳定控制。

4 结论

巨厚坚硬顶板岩层具有较强的承载能力，以11#层8701 工作面切巷赋存平均厚度24.4 m 的粉砂岩与细砂岩互层结构为工程背景，采用一次掘巷、二次扩巷的成巷技术，初次掘巷4200 mm×3000 mm，二次扩巷2300 mm×3000 mm，同时，采用锚网索柱主动联合支护技术。切巷在成巷80 d 后围岩稳定，顶板、非工作面侧帮、工作面侧帮移近量分别为132 mm、81 mm、107 mm，实现了11#层8701 工作面切巷的稳定控制。