大断面锚网巷道36U复合支护技术在耿村煤矿的应用

秦孟杰

（河南理工大学能源科学与工程学院,河南 焦作 454000）

大断面锚网巷道36U复合支护技术在耿村煤矿的应用

秦孟杰

（河南理工大学能源科学与工程学院,河南 焦作 454000）

针对耿村煤矿12220工作面上巷围岩条件和巷道变形破坏特征，运用煤巷支护技术方面的经验及工程类比法提出了巷道支护设计并应用于现场。同时对已施工巷道进行矿压观测，结果表明该支护有效的阻止了巷道围岩的变形，取得了理想的支护效果。

大断面；巷道；复合支护；矿压观测

近年来随着采煤机械化程度的不断提高，采煤工作面的开采强度和产量也随之大幅度增加，为满足工作面正常生产所需的行人、运输、通风、设备安装及检修以及防灾抗灾能力等要求，开掘大断面巷道已变得极为迫切。相应的大断面巷道支护难度的加大以及对现有的支护技术都形成了很大的挑战[1]。钱鸣高、侯朝炯[2-4]等人认为，煤矿巷道掘进以后，巷道围岩会形成应力集中，其程度会随着巷道跨度的变大而急剧增加，巷道的稳定性难以控制极易发生垮冒事故，影响煤矿的安全生产。

本文针对耿村煤矿12220工作面上巷围岩条件和巷道变形破坏特征，运用煤巷支护技术方面的经验及工程类比法，提出巷道支护设计，通过对已施工巷道进行矿压观测来验证支护方案的合理性。

1 工作面基本概况

12220工作面上巷位于西二采区西翼，2-3煤轨道下山西侧，该工作面北临已回采的（2-3）12200工作面下巷（二者相隔一个8m宽的煤柱），西至耿杨矿区边界断层，南部为未开采的2-3煤实体。平均采深约500m，煤层倾角8°～12°。

该工作面设计长度为938m，断面为拱形，巷道净宽6800mm，净高4660mm，掘宽8100mm，掘高5110mm，有效断面24.8㎡，该工作面所采煤层为2-3煤，黑色，煤岩成分以亮煤为主，沥青光泽，条带状构造，裂隙被方解石脉充填。上部煤质较好，下部次之灰分较高，煤层结构复杂，含夹矸3～5层，均为泥岩，不稳定，累厚0.5～2米，其标志不明显，煤层厚度平均为14.5米。顶板上部为泥岩，砂质泥岩，细粒砂岩。下部为灰色、深灰色细砂岩。底部夹有薄层黑灰色粉砂岩，近煤处变为灰黑色、黑色泥岩，中夹煤线含植物化石碎片。底板上部为煤矸互叠层，灰褐色易碎镜面发育，下面为细砂岩粉砂岩互层，灰色灰黑色局部含煤屑。

2 支护方案的确定

目前锚网支护理论渐趋成熟，但体系过多，没有统一的结论。根据该矿多年来在煤巷支护方面的经验，结合其他类似矿井的先进做法，最终确定巷道支护形式为锚网索+36U型钢支护。

2.1 锚杆参数

锚杆采用Ø22×2200mm无纵筋锚杆，间排距为0.7×0.7m，每排用锚杆21根，锚杆每排打成一条直线，锚杆角度不小于75°，间排距误差不超过±100mm，每个孔装一节ZSCK2340和一节ZSCK2350型树脂药卷，锚杆的托盘紧贴煤壁，采用规格为150×150×8mm的拱形高强度托盘，锚杆外露长度不准超过50mm。

2.2 锚索参数

锚索采用Ø17.8mm×8000mm的钢绞绳，按照“四五”形式布置，即打五根锚索时，间距1.2m，打四根锚索时，间距1.5m，排距均为1.8m，锚索要均匀布置在两排锚杆中间，采用规格为300×300×16mm的碟形锚索大托盘，锚索外露长度要按照（锁头以下）不超过0.15m，锚索的钻孔方向要达到钻孔轴线与设计轴线的偏差角≤3°，锚索安装深度不小于设计值的95%（设计安装深度为7700mm），锚索预应力最小值不得小于设计的90%（设计承载力为200KN，预应力值一般为承载力的50%-60%），锚索间排距误差保证在±100mm范围内,锚索托梁由一根0.5m长的36U型钢沿煤层倾斜方向安装，每个孔安装4节树脂药卷，ZSCK2340两节在里，ZSCK2350两节在外，药卷搅拌时间为15秒；锚索布置形式为两侧锚索与竖直方向成30°夹角。

2.3 36U型棚参数

36U型钢棚棚距为0.6m，由三部分组成，腿长（弧长）为4788mm，梁长（弧长） 为4636mm；梁、腿搭接为500mm，误差范围±100mm；梁腿搭接处各上3套卡具，且中间一套卡具要用475mm长的金属连板连接；棚子迎山有力。

2.4 金属网参数

金属网为菱形铁丝网（规格为1.7×4.5m）， 网交叉200mm，每300mm连接一扣，采用网丝（12号铁丝）连三圈。

3 矿压观测结果及分析

为了观测掘进期间巷道围岩活动规律及支护巷道围岩变形情况，检验支护参数的合理性，并及时发现存在的问题或不足，以便对支护设计参数进行优化，对设计方案进行调整。为此在巷道内设置两个观测站，两个观测站距离100m，每个测站布置两个巷道表面位移监测断面，一个顶板离层监测断面。

3.1 巷道表面位移

巷道施工期间,在测点对顶底板和两帮累计移近量进行了观测。图1是巷道成型后表面位移量（顶底板移近量、两帮移近量、顶板下沉量）随时间变化曲线，表明：巷道形成后，巷道表面位移量迅速增加，一定时间之后，巷道表面位移量增加速度逐渐变缓最后趋向稳定，其中，巷道顶底板最大移近量在140mm左右，且顶板下沉量占主要，最大下沉量为80mm，两帮移近量最大值为129mm。由此可知,支护方式、参数选择合理,支护效果良好,采用该支护方案能很好控制围岩变形,为巷道掘进提供了安全保障。3.2 巷道顶板离层

图1 巷道表面位移实测曲线

图2 顶板离层实测曲线

利用顶板离层仪对成型巷道进行顶板离层位移动态监测。图2是顶板离层位移量随时间变化曲线图，从图中可见，巷道成型后，随着时间的推移，顶板离层值逐渐增加，一段时间后即趋于稳定，最大位移量仅为7.5 mm，总的顶板离层值变化不大；由于顶板离层值较小，可以理解为顶板离层主要表现在浅部围岩的风化膨胀。由此可见，设计参数和支护质量满足要求，该支护设计很好的保证了巷道顶板的安全，可靠性较高。

4 结论

（1）通过对顶底板移近量、两帮移近量和顶板下沉量的现场监测，12220工作面上巷的围岩变形量不大，基本趋于稳定，该工作面支护方式及支护参数合理可靠。

（2）针对煤巷支护设计效果检验，可以从巷道表面位移量（顶底板移近量、两帮移近量、顶板下沉量）和顶板离层位移量两方面进行考量。

（3）巷道表面位移量监测数据表明，12220工作面上巷巷道成型后，巷道顶底板移近量、两帮移近量和顶板下沉量迅速增加，一定时间之后，巷道表面位移量增加速度逐渐变缓最后趋向稳定。

（4）巷道顶板离层监测数据表明，12220工作面上巷在巷道掘进成以后，顶板离层值随时间推移缓慢增加，但很快便趋于稳定。

[1]董海清.大断面巷道锚杆支护设计与围岩稳定性研究[J].高端装备制造,2013（16）:125-126.

[2]钱鸣高,石平五.矿山压力与岩层控制[M].北京:中国矿业大学出版社,2003.

[3]侯朝炯,郭励生,勾攀峰.煤巷锚杆支护[M].徐州:中国矿业大学出版社,1999.

[4]武华太.高预应力强力锚杆支护技术在大断面巷道中的应用[J].煤矿开采,2004(04):68-70.