榆家梁煤矿软弱复合顶板巷道支护技术研究与应用

2022-01-17王新国

同煤科技 2021年6期

王新国

（神东煤炭集团榆家梁煤矿陕西榆林 719316）

0 引言

煤矿巷道顶板通常具有典型的软弱复合顶板特征[1-2]，顶板极易发生离层和垮落，且巷道围岩变形较大，支护较为困难[3]，冒顶事故时有发生，严重制约着煤矿安全高效生产。随着巷道支护技术的不断发展，许多专家学者在软弱复合顶板支护技术方面进行了广泛研究[4]，本文基于以上研究成果，针对榆家梁煤矿93210胶运顺槽软弱复合顶板的工程特点，提出“内+外层锚杆”联合支护方案，并通过现场实践验证该联合支护形式的可行性，此研究结果可为类似工程地质条件下的软弱复合顶板支护技术提供借鉴与参考。

1 工程概况

榆家梁煤矿目前主采煤层为3-1#煤，煤层埋深约120 m，煤层厚度为3.28 m~3.60 m，平均厚度3.40 m，平均倾角1°，煤体普氏系数f约为1.2，煤层赋存稳定、起伏小，为全区可采煤层。煤层直接顶为厚4.0 m～6.31m的泥岩，普氏系数f约为1.98；老顶为厚4.92 m～11.70 m的粉砂岩，直接底为厚0 m～0.56 m的泥岩，老底为厚0.30 m～1.86 m的细砂岩。93210工作面位于二盘区东南部，工作面北为93208工作面采空区，南为实体煤区，东为二盘区三条大巷，西为边界煤柱，工作面布置如图1所示。

图1 93210工作面平面布置图

2 巷道原支护方案及存在的问题

2.1 巷道原支护方案

93210胶运顺槽沿3-1#煤底板掘进，设计长度2 290.18 m，主要用于工作面煤炭运输和进风。巷道断面形状为矩形，设计断面尺寸为5 400×2 800 mm（宽×高）。93210胶运顺槽采用“锚杆＋锚索＋钢带”支护，支护参数如下：

（1）顶板支护

巷道顶板采用ϕ16×2 100 mm螺纹锚杆，锚杆间排距为1 100 mm×1 000 mm，每排5根，锚索采用ϕ15.24×6 500 mm树脂锚索，钢托盘规格为300×300×12 mm，间排距为2 500×3 000 mm，每排2根。两巷之间的联巷锚杆间排距为1 100×1 000 mm，每排5根。

（2）两帮支护

巷道两帮锚杆规格为ϕ16×2 100 mm，材质为A3圆钢，M16螺母，端头锚固，锚杆间排距为900×800 mm，每根帮锚杆配套使用CKϕ23×500 mm，1卷/眼，托盘采用150×150×10 mm正方形碗状钢托盘。

2.2 存在的问题

93210胶运顺槽为托顶煤跟底掘进巷道，巷道顶板为是由砂岩以及泥岩分布组成，直接顶为软弱泥岩层，其为软弱复合顶板。由于泥岩和砂岩不同的各岩层性质，使在巷道掘进后应力作用下，不同岩层间发生离层现象，致软弱复合顶板发生整体的离层失稳破坏。

对93210胶运顺槽的现场调研发现，由于现支护设计方案仅对巷道顶板进行锚索支护，巷道两帮采用锚杆支护，支护参数较弱，导致巷道顶板、两帮发生不同程度的变形，严重影响着工作面安全生产。为此，基于巷道支护理论确定合理的支护参数非常必要。

3 优化支护方案设计及数值模拟分析

3.1 优化支护方案

内层锚杆可以将围岩浅部的岩体重新积密形成稳定的锚固体，具有高承载力的长锚杆可以作用于深部的岩层中，二者相互作用，共同维护巷道围岩的稳定。

93210胶运顺槽巷道采用内+外层锚杆组合的支护方案，在巷道的顶板内层锚杆采用长2.5 m的MS⁃GLW-500/22左旋螺纹钢锚杆，锚杆间排距为600×600 mm，巷道两帮采用长2.5 m的MSGLD-500/20左旋螺纹钢锚杆，锚杆间排距为800×800 mm，每根锚杆配用两卷MSK2360的树脂锚固剂；外层锚杆采用长6.5 m的MSGLW-500/22自进式注浆长锚杆，锚杆间距排距为800×600 mm，每根锚杆配用三卷CK2360的树脂锚固剂，靠近巷帮的锚杆在安装时与垂线约20°，其余与顶板垂直布置；锚杆打设完成后在巷道顶板、两帮表面喷射厚度为240 mm的混凝土，优化支护方案见图2。