差异化支护技术在新郑煤电公司的应用

张晓斌　冉辉　姚丙傲

摘 要：郑新煤电公司所采的的二1煤层赋存极不稳定，煤层巷道普遍采用沿底掘进，单一的被动支护方式难以控制巷道顶板离层及巷道变形，针对该种情况，提出煤巷差异化支护技术，文章详细阐述了差异化支护的基本原理，针对差异化支护在12208下付巷进行了工业性试验，取得了较好支护的效果，值得在“三软”煤层巷道中进行推广应用。

关键词：“三软”煤层；差异化支护；顶板；变形

中图分类号：TU472 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2013）17-0149-02

郑煤集团郑新煤电公司所采的二1煤层为典型的“三软”煤层，煤层赋存极不稳定，煤层厚度变化较大，矿井煤巷布置普遍采用沿底掘进，当煤层厚度较大时，沿底掘进巷道全断面处于二1煤层中。由于二1煤层为高应力强流变煤层，受工作面支承压力的作用，巷道顶板向巷道内鼓出，普通金属支架难以起到较好的支护效果，且现有支架抗侧压能力差，导致大量支架出现失稳、破坏。因此，针对二1煤层的高应力强流变性，根据其厚度的不同，在顶板岩层较完整且尽量满足工作面回采要求的同时，改革回采巷道布置形式、优化巷道断面形状，由沿底掘进改为沿顶掘进是解决“三软”煤巷支护难题的一条有效捷徑。

1 巷道支护现状及存在问题

受“三软”不稳定煤层赋存条件影响，长期以来郑州矿区煤巷支护一直以被动支护为主，近年随着矿井采深不断加大，其支护方式由最初的木棚支护、矿工钢棚等刚性支架支护发展到U型钢可缩性支架支护。目前，U型钢支护已成为郑州矿区“三软”煤巷的主要支护手段，而且U型钢型号也由最初的25 U、29 U增大至36 U，其中36 U型钢支架在深部“三软”煤巷使用比例已接近100%。虽然，理论上U型钢支架具有承载能力高、可缩性等优点，但实际承载过程中受支架结构形式、支架—围岩相互作用关系等制约，U型钢支架实际承载能力仅为其理论承载能力的1/4～1/10，甚至更低。

“三软”煤巷支护设计大多依赖于工程类比，通常情况下采取的支护手段、支护参数差别，支护设计往往缺乏针对性。当巷道出现大变形时，通常采用加大支护型钢的型号或加大支护密度。但也很难控制动压影响过程中“三软”煤巷的强烈变形，大量煤巷陷入“前掘后修”、“屡修屡坏”的恶性循环。

2 “三软”煤巷差异化支护原理

在工程实践中，一般条件下巷道掘出后，巷道顶板岩层随即出现挠曲下沉，顶板岩层离层、破裂导致是围岩自承载能力。因此，工程实践中应采取措施避免顶板岩层出现离层、破裂，促使顶板围岩保持始终一定的自承载能力。需必须借助锚杆、锚索等主动支护手段来实现这一目的。通过锚杆、锚索等主动支护方式支护顶板，形成的组合梁、组合拱结构，发挥了巷道围岩自承载能力，在保障巷道支护效果的同时，既能够减小掘进迎头控顶难度，提高循环进尺，又能够合理的降低被动支护强度和支护密度。

3 “三软”煤巷差异化支护技术的应用

面对当前煤炭行业的严峻形势，新郑煤电公司在12208下付巷（如图1所示）进行差异化支护工业性试验。目前，在12208下付巷共施工17个试验段，并先后分区域实施了以下9套支护方案：1 m棚距36 U型钢棚+双层塑料网支护；1 m棚距36U型钢棚+锚杆钢带支护；600 mm棚距36 U型钢棚+双层塑料网支护；锚网支护（后套1 m棚距36 U钢棚）；1 m棚距36 U型钢棚+成组锚索支护；1 m棚距36 U型钢棚+3花锚索支护；1 m棚距29U型钢棚+3花锚索支护；1 m棚距29 U型钢梯形棚+3-4-3锚索支护；1 m棚距29 U型钢平顶棚+3花锚索支护。

第一阶段：12208下付巷差异化支护试验初期，缺乏二1煤层巷道锚网支护经验，试验初期仅将36 U型钢支架棚距由600 mm扩大至1 000 mm，其它支护参数不变。从支护状况看，该段巷道拱部椽子折断较多，个别地段出现网兜，巷道支架总体变形量不大，能够满足巷道使用断面要求。

第二阶段：随着试验稳步推进，采用大棚距单一U型钢支护方式，巷道掘进速度大幅提高，但在掘进期间随着上覆岩层离层、破裂，巷道顶板压力逐渐显现。通过总结经验，在继续推进大棚距支护的同时，在后方顶板打设锚杆，并安装钢筋梯，在该方案实施过程中，由于巷道逐渐进入SF15断层区域，巷道支护随即变为600 mm棚距U型钢支护。

第三阶段：12208下付巷完全进入SF15断层区域后，为全岩巷道，为进一步推行锚网支护支护，施工了约18 m全锚网支护巷道，实施过程中为保障安全后期在该段巷道实施套棚，从目前情况看，巷道维护状况良好。

第四阶段：针对前期试验结果，在大棚距支架基础上拱部分别试验成组锚索和3花锚索两种锚索布置方式，现场试验结果表明，拱顶锚索自安装初期承载力急剧上升，目前位于拱顶的1#锚索测力计读数由初期的40.44 kN增加至188.48 kN，而位于肩窝处的锚索受力由初期的37.8 kN增加至66.31 kN整体变化不大。根据相关测试结果，试验方案由最终确定为大棚距支架+顶板3花眼锚索支护，两帮各布置3根锚杆，其中拱顶锚索长度5 m，肩窝锚索长度3 m，且U型钢型号也由36 U改为29 U。从目前情况看，该段巷道成功经受了31116工作面跨采影响，整个试验段变形量较小，但由于成组锚索试验段巷道拱顶缺乏支护，该段巷道拱部岩层已出现明显离层，局部地段存在椽子压断现象。而采用3花眼布置形式巷道不仅变形量很小，而且巷道拱顶离层也不明显。

第五阶段：通过第四阶段锚索支护试验，工人已熟练掌握锚网支护各个工艺环节，巷道日平均掘进速度基本保持在11 m以上。由于原有拱形巷道截割过程中对顶板破坏较大，针对该情况，分别设计了U型钢梯形支架和U型钢平顶型支架（如图2），目前U型钢梯形支架已完成施工30 m，从现有支护效果看，采用平顶型截割工艺对顶板破坏较小，采用锚网索支护对顶板离层控制效果更好，掘进速度更快。

4 结 语

通过“三软”煤巷采取差异化支护技术工业性试验效果表明：针对“三软”煤层煤巷采用沿顶掘进和主、被动联合支护方式支护，不仅巷道顶板离层与巷道变形量得到有效的控制，且巷道掘进速度得到了提高，支护效果明显好于类似巷道沿底掘进纯被动支护方式，在豫西“三软”煤层煤巷支护中具有重要的推广价值。

参考文献：

[1] 吕磊，郭健卿，苏发强.三软煤巷支护技术研究[J].中国高新技术企业，2010，（1）.