锚、梁、网、锚索补强的组合支护技术在镇城底矿的应用

胡文强

（山西焦煤西山煤电集团，山西 太原 030053）

锚、梁、网、锚索补强的组合支护技术在镇城底矿的应用

胡文强

（山西焦煤西山煤电集团，山西 太原 030053）

针对西山镇城底矿2、3号煤层围岩变形量大的松软复合顶板回采巷道，应用锚、梁、网、锚索补强的组合支护技术，控制了复合顶板回采巷道围岩的强烈变形，解决了松软复合顶板回采巷道支护的技术难题，实现了煤巷安全高效掘进。

松软复合顶板；巷道；组合支护；应用

镇城底矿位于古交矿区西部，设计生产能力150万t/a。斜井-立井联合开拓，主副井为斜井井筒，风井为立井。矿井开采水平布置在+760m，位于10号煤层底板岩石中，用一个水平同时开采上、下两组煤。根据井田内煤层倾角不同，分别采用倾斜长壁和走向长壁形式布置综采工作面。由于区内褶曲和断层较多，特别是主采煤层顶板多为炭质泥岩与煤线互层，不稳定，较松软和易垮落，使回采巷道支护效果较差，给安全和有序生产带来极大危害。西山镇城底矿2、3号煤层松软复合顶板回采巷道（尤其是瓦斯尾巷），原采用传统的架棚支护存在巷道围岩变形量大、支护效果差、费用高等问题。为此，提出采用锚、梁、网、锚索补强的组合支护方案。

1 地质条件

镇城底矿22409工作面副巷和尾巷开掘在2、3号煤层中，巷道埋深250 m，采区地质柱状图，见图1。2、3号煤层平均厚度2.8 m，倾角2～9°，单向抗压强度5.0 MPa，属极不稳定松软煤层。直接顶为砂质泥岩，厚度约12 m，单向抗压强度52.2 MPa，部分岩层的单向抗压强度仅为8.8 MPa；在厚约3.4 m的下位岩层中，夹有两层厚度各约0.4 m的松软薄煤层，构成了一种极不稳定类型的复合顶板。22409综采工作面回采巷道直接顶为在中等稳定以下的岩层中夹有两层厚0.3～0.5 m极软煤层的复合顶板，与一般中等稳定以下的直接顶相比，巷道顶板变形增大20～34%，顶板破裂区深度增大23～83%。围岩稳定性差，变形破坏强烈，支护难度很大。

图1 2、3号煤层及顶、底板岩层综合柱状图

22409工作面尾巷与工作面副巷平行布置，相距30 m。由于工作面中部有一断层与工作面斜交通过，破坏了煤层的连续性，使靠近边界工作面变窄，变成22409-1和22409-2两个工作面开采。

2 巷道支护设计

2.1 复合顶板锚杆-锚索联合支护原理

针对复合顶板巷道围岩破裂区分布和变形分布的特点，应采用锚杆-锚索联合支护形式，提出的复合顶板锚杆-锚索联合支护原理由三部分内容组成：一是共同加固围岩提高锚岩支护体的承载能力；二是锚索悬吊失稳岩层预防冒顶事故三是锚索工程延伸量应适应悬吊区内的围岩变形。

复合顶板锚杆-锚索联合支护原理可由图2所示的围岩与支护的相互作用关系加以说明。图2中给出了锚索的力学特性曲线4和锚杆锚岩支护体的特性曲线3，与一般支架的力学特性不同，锚杆锚岩支护体的承载能力是随着围岩和自身变形的增加而降低。曲线1为围岩特性曲线，它表示围岩变形与支护强度之间的关系。若锚杆锚岩支护体特性曲线和锚索的特性曲线不能与曲线1相交，说明单独采用锚杆支护或锚索支护，都不能控制围岩达到稳定。若锚杆-锚索联合支护时，由于锚岩支护体的承载能力提高，其共同支护作用特性曲线2可能与曲线1相交，在曲线的交点（A）处，围岩的变形破坏可得到控制，能够保持围岩的稳定。锚索失效的的前提是围岩达到稳定时的变形量U0小于锚索的延伸量ΔL。

图2 围岩与支护的相互作用关系

2.2 支护设计

断面呈矩形，宽4.0 m，高3.0 m，掘进断面积12.0 m2。

2.2.1 基本支护形式

依据“煤巷锚杆支护技术规范”关于对复合顶板可考虑在基本支护形式基础上增加锚索加固的规定，以及锚杆-锚索联合支护原理，通过应用岩层破裂过程分析系统RFPA2D计算软件进行了4个支护方案对比，选择最优方案的基本支护形式为：锚杆+钢筋梁+网，锚索补强。

2.2.2 主要支护参数

以数值试验得出的巷道围岩破裂区分布和变形分布的定量结果为基础，遵循锚杆-锚索联合支护原理，进行了主要支护参数计算和选择。

依据计算结果，结合工程类比，选定的主要支护参数列于表1。支护布置图如图3。

3 锚杆与锚索支护施工要求

3.1 巷道宽度的控制

宽度是影响巷道稳定性与确定支护参数的主要因素，施工时要严格按设计要求控制巷道宽度。用掘进机掘进巷道时，先从左上帮定位切割煤帮，直至底板。然后从左到右，从下向上切割破碎中间部分，再切割右帮，最后将巷道轮廓进行修整，尽量不超挖和欠挖。如果遇特殊地质情况而造成超挖时，超挖的宽度不得超过200 mm，如超宽达200～400 mm时，在顶板上应增加1根锚杆。

表1 支护材料表

图3 尾巷支护布置

3.2 临时支护

施工中严禁空顶作业，临时支护必须符合作业规程规定，紧跟工作面。在坚硬完整顶板巷道中，无须进行临时支护时，必须制订相应的安全措施，并在作业规程中规定出最大空顶距离，报总工程师批准。

3.3 锚杆孔施工规定

锚杆孔间距误差不应超过100 m；锚杆孔轴向偏差应控制在5°之内；锚杆孔深不应小于杆体有效长度，也不应大于杆体有效长度30 mm；锚杆端部必须推至孔底，尾端外露长度不应大于50 mm。

3.4 锚杆支护施工工艺流程

挂钢筋梯（或钢带）—临时支护—钻顶板中部锚杆孔、挂金属网、清孔—安装锚杆、拧紧螺母—钻顶板中旁锚杆孔、清孔—安装锚杆、拧紧螺母—临时支护改位—钻顶板边锚杆孔、清孔—安装锚杆、拧紧螺母—钻顶板边斜（角）锚杆孔、清孔—安装锚杆、拧紧螺母。

两帮的锚杆支护一般落后工作面一定距离（具体距离由作业规程规定），和破煤运煤平行作业，其施工步骤和顶板支护大同小异。

在进行锚杆安装时，应尽可能采用快速安装工艺，即搅拌树脂药卷、上托板、拧螺母一次完成。锚杆尾端的托板应紧贴托梁，未接触部位必须楔紧垫实。

3.5 铺网

两网搭接长度不应小于5mm，按规定连接，铺网时必须拉紧，紧贴岩面，使网具有一定的预拉力。

4 支护监测与分析

4.1 监测内容与仪器

煤层锚网支护巷道矿山压力监测是研究支护方式、原理、检验支护效果、判断巷道支护稳定性和保证安全生产的一个重要手段。因此，在南四采区22409－1工作面巷道掘进时，就安装相应观测断面顶板离层测点，根据观测数据判断出监测范围内顶板是否出现离层现象及离层位置，锚杆支护质量和安全程度。在所设置的锚杆锚固力、围岩深部和表面位移观测断面上，可测出锚杆锚固性能及在支承压力影响下，巷道围岩表面和深部位移量，得到巷道掘进和工作面回采时矿山压力显现的基本规律，验证本巷道锚杆支护参数的合理性，为进一步完善两巷锚杆支护设计提供依据。

顶板离层量监测通过在巷道顶板中央安装辽宁工程技术大学研制的TXLCY-4型顶板离层指示仪实现的；巷道围岩表面及深部位移观测采用辽宁工程技术大学研制的“大位移量直读式多点位移计”监测；顶底板移近量观测；④锚杆锚固力监测用活塞式压力测力计观测。

4.2 监测结果分析

顶板下沉量不超过75 mm，副巷平均36 mm，尾巷平均50 mm；巷帮移近量不超过213 mm，副巷平均101 mm，尾巷平均135 mm。而且巷道收敛变形已经稳定。巷道变形主要特点是两帮变形较顶板明显，主要原因是两帮的煤体松软破碎，端锚锚杆控制范围略小于巷帮破裂区深度。总体而言，巷道支护状况良好，围岩的变形得到了有效的控制。

尾巷锚固区内部顶板离层值不超过10 mm，平均为6 mm；距巷顶6 m深处岩层离层值小于17 mm，平均为11 mm；距巷顶3 m深处的薄煤层处离层值最大可达32 mm，平均15 mm。说明对于复合顶板一方面锚杆支护有效的控制了锚固区范围以内的岩体变形和破坏；另一方面小孔径树脂锚索补强对控制悬吊区内顶板离层的发展和防止冒顶具有关键作用。

锚杆和两帮锚杆受力相当，都较小。尾巷锚杆测力计预紧力20～30 kN，预紧后顶板锚杆受力小于35 kN，平均32 kN；巷帮锚杆受力小于55 kN，平均27 kN。尾巷锚索测力计预紧力50～60 kN，预紧后受力小于85 kN，平均58 kN。顶板锚杆、锚索受力相当煤巷锚杆支护技术规范关于性能规定的25～50%，尚有较大潜力。

5 应用效果

在镇城底矿22409综采工作面瓦斯尾巷，应用锚杆+钢筋梁+网+锚索补强的支护方式支护巷道3 000余m。回采期间，两条回采巷道均未发生变形严重情况；尾巷仅有轻微变形，部分地段发生少量底鼓。保留尾巷650 m，作为22407副巷二次使用，其中100 m巷道仅需简单拉底，其费用较底，无需扩帮、架棚维修，大幅度降低了巷道维修费用，全矿回采巷道锚杆支护率达到94%以上。巷道经过三年多的使用，支护效果良好，为类似条件下巷道采用该支护技术奠定了基础。

Abstract:For the loose and soft roof with big surrounding rock deformation in the caving roadways of No.2 and No.3 seams of Zhenchengdi Mine,the integrated support technique of anchor-beam-mesh-cable is applied.The deformation of supporting rock is under control,and the safe-and-efficient roadway driving is realized.

Keywords:loose and soft roof;roadway;integrated support;application

编辑：刘新光

Application of Reinforced Integrated Support of Anchor,Beam,Mesh and Cable in Zhenchengdi Mine

HU Wen-qiang

(Xishan Coal-electricity Group,Shanxi Coking Coal Group,Taiyuan,Shanxi 030053,China)

TD353

A

1672-5050（2010）05-0040-04

2010-03-15

胡文强（1968—），男，山西长子人，在读博士，工程师，从事煤炭采掘技术工作。