特厚煤层综放回采巷道支护研究

王志广

（山西煤炭运销集团大同有限公司，山西 大同037003）

锚杆支护技术已在国内外得到普遍应用，是煤矿实现高产高效生产必不可少的关键技术之一。科学的锚杆支护设计方案主要确定取决于矿区的地质条件、围岩状况、顶板岩性状况、地应力状况等多个因素。 通过采应用动态信息设计法锚杆支护方法，根据现场实际条件及基础数据，设计出锚杆初步参数，方案在井下实施过程中，通过矿压等数据的信息反馈，及时调整设计方案。

1 研究支护巷道位置及围岩状况

口泉煤矿位于大同煤田东南边缘地段，属大同向斜东南翼，为一走向南北，倾向西的单斜构造。首采工作面2202 皮带顺槽西侧与塔山煤矿以F1 逆断层为井田边界隔开， 北邻盘区回风上山， 南邻井田边界，2202 皮带顺槽布置在19-22# 煤层中，在距盘区皮带上山口130m处，按方位角188°48′20″开口，开口平进9m 再按-10°掘进，见19-22#煤层底板后沿底板掘进，巷道长度1063m，巷道断面为矩形，净断面为4700mm×3000mm。

首采19-22 号煤层厚度14.98-24.29m，平均19.73m，煤层倾角平均18°,煤层硬度f 为2～3，煤层结构极复杂，煤层顶底板均为碳质泥岩、局部有煌斑岩，抗压强度76.0～84.4MPa，抗拉强度4.0～5.1MPa。 底板岩性以泥岩、砂质泥岩为主，少部分为高岭岩及炭质泥，顶底板对开拓部署，开采工艺、顶板维护等都有较大影响。

2 锚杆支护设计方法

现有的锚杆支护设计方法很多，如基于以往经验和围岩分类的经验设计法，基于某种假说和解析计算的理论设计法，以现场监测数据为基础的监控设计法。 大量实践经验证明，单独采用任何一种方法都不符合巷道围岩复杂性和多变性的特点， 因而达不到理想的设计效果。只有采用包括试验点调查和地质力学评估、初始设计、井下监测和信息反馈、修正设计和日常监测的动态信息设计方法，才是符合井下巷道围岩特性的科学的设计方法。初始设计采用数值计算和经验法相结合的方法进行，根据围岩参数和已有实测数据确定出比较合理的初始设计。 然后将初始设计实施于井下，并进行详细的围岩位移和锚杆受力监测，根据监测结果验证或修正初始设计。 正常施工后还要进行日常监测，保证巷道安全。本设计包括试验点调查和地质力学评估，锚杆支护初始设计，井下施工所需材料、设备和工艺，矿压监测设计和仪器等内容。

3 巷道支护形式和参数选择原则

针对口泉煤矿特厚煤层地质生产条件，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。一方面，这是矿井实现高效安全生产的要求；另一方面，这是锚杆支护本身的作用原理决定的。巷道围岩一旦揭露立即进行支护效果最佳，而在已发生离层、破坏的围岩中安装锚杆，支护效果会受到显著影响。

（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，是区别锚杆支护是被动支护还是主动支护的参数，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。 一方面，要采取有效措施给锚杆施加较大的预应力；另一方面，通过托板、钢带等构件实现锚杆预应力的扩散，扩大预应力的作用范围，提高锚固体的整体刚度与完整性。

（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。 在提高锚杆强度、刚度，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）临界支护强度与刚度原则。 锚杆支护系统存在临界支护强度与刚度，如果支护强度与刚度低于临界值，巷道将长期处于不稳定状态，围岩变形与破坏得不到有效控制。因此，设计锚杆支护系统的强度与刚度应大于临界值。

（5）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支护的整体支护作用。

（6）可操作性原则。提供的锚杆支护设计应具有可操作性，有利于井下施工管理和掘进速度的提高。

（7）经济合理性原则。在保证巷道支护效果和安全程度，技术上可行、施工上可操作的条件下，做到经济合理，有利于降低巷道支护综合成本。

4 支护方案

4.1 锚杆支护

锚杆形式和规格：杆体为22# 左旋无纵筋螺纹钢筋，钢号为335号，长度2.4m，杆尾螺纹为M24。

锚固方式： 树脂加长锚固， 采用两支树脂锚固剂， 一支规格为MSK2335， 另一支规格为MSZ2360， 钻头直径为30mm， 锚固长度1200mm。

W 钢护板规格：厚度5mm，宽280mm，长度450mm。

锚杆配件：采用高强锚杆螺母M24，配合高强托板调心球垫和尼龙垫圈，托板采用拱型高强度托板，高度不低于36mm，托板尺寸不小于150×150×10mm，承载能力不低于190kN。

网片规格：采用经纬网，经纬网材料为10# 铁丝，网孔规格50×50mm，网片规格5300×1100mm，采用16# 铅丝联接，双丝双扣梳辫法隔孔相连。

锚杆布置：锚杆排距1000mm，间距850mm，每排布置6 根锚杆。锚杆角度：全部垂直顶板布置。

4.2 锚索支护

锚索形式和规格： 锚索材料为Φ18.9mm，1×7 股高强度低松弛预应力钢绞线，长度6300mm，钻孔直径30mm。 采用一支MSK2335 和两支MSZ2360 树脂锚固剂锚固，锚固长度1970mm。

锚索托板： 采用300×300×16mm 高强度可调心托板及配套锁具，高度不低于60mm，承载能力不低于400kN。

锚索布置：每两排锚杆打设3 根锚索，锚索间距均为1700mm，排距为1000mm。

锚索角度：全部垂顶板布置。

图1

图2 锚杆锚索支护布置

5 结论

通过口泉煤矿锚杆支护技术的系统研究，对于煤岩体较完整条件下巷道，实现巷道锚杆、锚索一次支护，优化锚杆支护参数，提高掘进效率，降低支护和掘进成本。对于复杂困难条件下巷道，显著提高巷道安全可靠性，将巷道变形量控制在一定范围，满足生产要求，基本不需维修，确保安全的前提下，适当降低支护成本。实现了巷道支护整体水平较大提升。