复合顶板切顶缷压自动成巷超前补强支护方式选择

张龙辉

(山西焦煤霍州煤电集团公司店坪煤矿，山西 吕梁 033100)

切顶卸压自动成巷无煤柱开采技术是何满潮院士在2009年提出的，2010年在川煤白胶矿首次应用，实现了无煤柱开采。该技术采用爆破技术预裂顶板，利用采空区矿山压力沿空切顶，形成短臂梁顶板对上覆老顶岩体的支撑结构，控制老顶的回转和下沉变形，实现卸压作用；切落的顶板岩体形成巷帮，从而保留工作面下顺槽，作为邻近工作面上顺槽。

在切顶卸压自动成巷无煤柱开采施工过程中，超前锚索补强支护是很关键的一个环节，支护强度的强弱直接影响留巷效果。支护强度强，增加支护成本；支护强度弱，留巷段顶板下沉量大，留巷效果差。

1 工程地质条件

店坪煤矿5-302工作面位于830水平三采区左翼，走向长度为1875m，倾向长度为220m，煤层平均厚度为3.1m，煤层倾角为0～9°，平均坡度为4°。直接顶为细砂岩，平均厚度为7.4m，裂隙发育程度低；老顶为深灰色砂质泥岩，平均厚度为5.6m。直接底为砂质泥岩，平均厚度为6.2m，硬度较软，遇水膨胀软化程度小。老底为灰褐色细砂岩，平均厚度为2.0m。

2 巷道原支护方式

5-302工作面回风顺槽原巷道断面为矩形，毛宽4.6m，净宽4.4m，毛高3.1m，净高3.0m，毛断面14.26m2，净断面13.2m2，采用锚网梁+锚索联合支护，顶锚杆采用Φ20×2000mm左旋螺纹高强锚杆“五、五”布置，间距为1075mm，排距为1000mm，每根锚杆使用CK2340、Z2388型树脂锚固剂各一条进行锚固，锚梁采用4.4m×5眼钢带；帮锚杆采用Φ16×1500mm普通圆钢锚杆“三、三”布置，间距为1200mm，排距为1000mm，最上一根帮锚杆距顶300mm，每根锚杆使用一条CK2340型树脂锚固剂锚固，锚梁采用2.5m×3眼钢带。锚索采用Φ18.9×6200mm的钢绞线“二、二”布置，间距1600mm，距帮1500mm，排距3000mm，每根用CK2340、Z2388型锚固剂各两条。网采用1.05×9.8m的黑色菱形网。

3 超前顶部补强锚索支护方式

在复合顶板开展切顶卸压自动成巷无煤柱开采施工中，顶板的有效控制是留巷成功的关键环节之一，为了有效控制顶板下沉量，在选用恒阻大变形锚索作为关键支护设备的基础上，根据锚索锚固在稳定顶板1.5m处的原则，确定锚索长度为13000mm，为找到更加有效、经济的支护方案，对各支护方案各施工100m进行试验验证。

方案一：在原支护的基础上，在切缝侧补强一根恒阻大变形锚索，距帮500mm，间距1000mm，相邻恒阻大变形锚索之间采用W钢带连接；中部恒阻大变形锚索在巷道中间布置，排距1500mm。

方案二：在方案一的基础上，增大实体帮支护，在顶部补强一列恒阻大变形锚索，距帮500mm，间距1000mm。在帮部补强一排帮锚索，锚索距顶1500mm，间距2000mm，向上与巷帮成45°角，锚索采用Φ18.9×4300mm。

方案三：在原支护上，在切缝侧补强2列恒阻大变形锚索，第一列恒阻大变形锚索距帮500mm，间距1000mm，第二列恒阻大变形锚索距帮1000mm，间距1000mm，2列恒阻大变形锚索均采用W钢带连接，插花布置。中部恒阻大变形锚索在巷道中间布置，排距1500mm。实体帮采用2排帮锚索进行支护：第一排帮锚索距顶板1000mm，向上与巷帮成45°角，间距2000mm，锚索采用Φ18.9×4300mm，每2根锚索采用一块规格=2200×3×3眼的W钢带进行联合支护；第二排帮锚索距顶板2000mm，与第一排帮锚索插花布置，间距为2000mm，锚索长度6300mm。

方案四：方案四是在方案三的基础上，将第二列恒阻锚索与中部普通锚索进行对调，并去掉第二列恒阻锚索W钢带。

4 应用效果

为有效地对留巷效果进行监测，在巷道内每20m标定1个测点，采用YHU200矿用本安型顶底板移近量监测仪及“十”字法进行监测。根据数据监测，各方案的成巷效果如下：

方案一：成巷平均断面宽×高=3.0m×2.0m；其中顶板下沉62cm，底板变化48cm，切缝侧帮臌34cm，实体帮帮臌126cm。

方案二：成巷平均断面宽×高=3.2m×2.1m；其中顶板下沉58cm，底板变化42cm，切缝侧帮臌34cm，实体帮帮臌106cm。

方案三：成巷平均断面宽×高=3.9m×2.5m；其中顶板下沉41cm，底板变化19cm，切缝侧帮臌18cm，实体帮帮臌52cm。

方案四：成巷平均断面宽×高=4.0m×2.6m。其中顶板下沉36cm，底板变化14cm，切缝侧帮臌14cm，实体帮帮臌46cm。

方案一巷内的顶、帮支护强度较弱，不能有效地控制顶底板变化，方案二加大了实体煤侧顶板支护强度，但不能有效地控制巷道变形，两种方案均不能满足复用巷道时的最小断面要求。

方案三与方案四都在切缝侧进行了补强支护，有效地控制了巷高变形量，实体煤侧采用2排帮锚索，巷帮变形量得到有效控制，两个方案都能够有效地控制巷道变形，从最终成巷效果看，方案四效果最好。在施工工艺方面，方案四每3m少施工1个恒阻大变形锚索，少进行1次扩孔，并且少安装3m的W钢带，简化了程序，减小了职工的劳动强度。在经济方面，恒阻器按275元/个，W钢带按58元/m计算，方案四延米成本就材料方面能够节约150元，经济效益明显。

5 结论

（1）通过对比四种支护方式的实验效果，确定采用第四种方案，能够有效控制顶板下沉量。

（2）店坪煤矿复合顶板超前补强锚索支护方式采用切缝侧1列恒阻大变形锚索+1列普通锚索+中部1列恒阻大变形锚索+实体帮帮部2排帮锚索的支护方案，成巷巷道的顶底板和两帮的变形量控制在15%以内，留巷效果良好，经济效益显著。