特厚煤层超高煤帮大断面巷道支护技术

文/李燕飞

大同煤矿集团大唐塔山煤矿位于大同煤田东翼中东部边缘地带，七峰山西侧，距大同市约30公里。井田东西走向长24.3km，南北倾斜宽11.7km，面积约170.91km2。井田上部的侏罗系已基本采完，全井田内石炭系可采储量30.7亿t，矿井设计生产能力1500万t/a，设计服务年限132年。

塔山煤矿煤层厚度很大，巷道一般沿煤层底板掘进（除顶回风巷外），煤层巷道围岩松软破碎，煤层和岩层的不连续面容易发生离层，巷道围岩破坏范围较大。同时矿井采用综放开采，考虑到设备运输和通风要求，巷道掘进断面较大，给巷道支护带来较大困难。

一、断面设计

考虑到掘进过程中设备尺寸，通风要求和巷道围岩变形预留量，设计8105工作面5105巷掘进断面尺寸如下：巷道断面呈矩形，宽5.5m，高3.9m，掘进断面积为21.45m2。

二、支护参数选择原则

安全、有效、快速的巷道支护技术是保证矿井实现高产高效的必要条件。目前，我国煤矿巷道的主要支护形式是锚杆支护。对于大采高综放开采涉及的超高煤帮、特大断面巷道，对支护技术提出更高、更苛刻的要求。锚杆支护在这类困难巷道中支护效果差，围岩变形大，支护构件破坏严重，巷道安全得不到保证。针对塔山煤矿具体地质生产条件，为了充分发挥锚杆支护的作用，提出以下设计原则：

1.一次支护原则。锚杆支护应尽量一次支护就能有效控制围岩变形，避免二次或多次支护。

2.高预应力和预应力扩散原则。预应力是锚杆支护中的关键因素，只有高预应力的锚杆支护才是真正的主动支护，才能充分发挥锚杆支护的作用。

3.“三高一低”原则。即高强度、高刚度、高可靠性与低支护密度原则。保证支护系统可靠性的条件下，降低支护密度，减少单位面积上锚杆数量，提高掘进速度。

4.相互匹配原则。锚杆各构件，包括托板、螺母、钢带等的参数与力学性能应相互匹配，锚杆与锚索的参数与力学性能应相互匹配，以最大限度地发挥锚杆的整体支护作用。

三、应用

8105工作面位于一盘区的中部，东南邻8104工作面，间隔38m，南接1070回风巷，连通1070皮带巷、辅运巷，西北邻8106工作面未开掘。工作面倾向长度207m，走向长度2800m，顶回风巷与回风顺槽间距20m，高差20m。顺槽巷道沿3～5号煤层底板掘进。煤层总厚 11.93～16.13m，平均厚 15.72m。

1.顶板支护

（1）锚杆。杆体为22#左旋无纵筋螺纹钢筋，钢号为HRB400，长度2.4m，杆尾螺纹为M24。

锚固方式：树脂加长锚固，采用两支低粘度树脂药卷，一支规格为K2335，一支规格为Z2360。钻孔直径为30mm。

W钢带规格：厚度4mm，宽250mm，长度5100mm。

锚杆配件：采用高强锚杆螺母M24×3，配合高强托板调心球垫和尼龙垫圈，托盘采用拱型高强度托盘，规格为 120×120×10mm，承载能力不低于 30t。

锚杆角度：垂直顶板布置。

网片规格：采用高强塑料网护顶。

锚杆布置：锚杆排距800mm，每排7根锚杆，间距800mm。

锚杆预紧扭矩：≥400Nm。

（2）锚索。锚索材料为 φ22mm，1×19 股高强度低松弛预应力钢绞线，长度8300mm，采用一支K2335和两支Z2360低粘度树脂药卷锚固，锚固长度1500mm。

锚索布置：每两排锚杆打3根锚索，排距1600mm，间距2000mm，全部垂直顶板岩层。

锚索托盘：采用300×300×16mm高强度可调心托板及配套锁具。

锚索组合构件：采用W钢带作为每排锚索的组合构件，钢带规格：厚度4mm，宽250mm，长度4300mm。

锚索预紧力：200～250kN。

2.巷帮支护

锚杆形式和规格：杆体为22#左旋无纵筋螺纹钢筋，钢号为HRB400，长度2.4m，杆尾螺纹为M24。

锚固方式：树脂加长锚固，采用两支低粘度树脂药卷，一支规格为K2335，一支规格为Z2360。

W钢带规格：采用W钢护板护帮，钢护板厚度 5mm，宽 280mm，长度450mm。

锚杆配件：采用高强锚杆螺母M24×3，配合高强托板调心球垫和尼龙垫圈，托盘采用拱型高强度托盘，规格为 120×120×10mm，承载能力不低于30t。

网片规格：采用高强塑料网护帮。

锚杆布置：锚杆排距800mm，每排每帮4根锚杆，间距1000mm。

锚杆角度：垂直煤帮安设。

锚杆预紧扭矩：≥400Nm。

四、矿压监测

在8105工作面5105巷中每个试验段安设三个监测站。其中掘进200m左右安设一个监测站，掘进1000m左右安装第二个监测站，掘进2000m左右安设第三个监测站。每个监测站包括两个巷道表面位移监测断面，一个顶板离层监测断面，一个锚杆受力监测断面，一个锚索受力监测站。

五、结论

大同矿区石炭系煤层巷道支护曾是困扰煤矿安全生产的一大难题，出现多次冒顶事故。塔山矿8105工作面5105顺槽的支护实践证明，通过合理选择支护参数及支护材料，能够有效控制特厚煤层超高煤帮大断面巷道的变形，维护巷道稳定。