赵家寨煤矿差异化支护方法探讨与应用

韩银行 蔡 鹏 陈 聪

（新郑煤电公司赵家寨煤矿，河南 新郑451100）

赵家寨煤矿位于郑州市南约40千米，京广铁路线西侧的新郑市西部，行政隶属新郑市的城关镇、辛店镇和新密市的大隗镇。是由郑煤集团、神火集团、北京联合德信投资有限责任公司共同参股的一座年产300万吨的大型矿井。井田范围西起煤层底板-800米等高线，东到贾梁断层及煤层露头(一1煤层为区块边界)，北从大隗断层，南止欧阳寺断层及区块边界，东西长13.5千米，南北宽3.7千米，面积约50平方公里。

1 地质构造情况

本区地层区划属华北地层区华北平原地层分区之嵩箕小区。区内仅西部及其外围的许岗-三岔口一带有二叠系上统平顶山砂岩和三叠系下统金斗山砂岩出露，绝大部分为新生界掩盖。缺失奥陶系上统、志留系、泥盆系和石炭系下统。区内地层从老到新依次为寒武系上统、奥陶系中统、石炭系中上统、二叠系及第三、四系。本区主体构造为一两翼地层产状平缓，倾角3-15°，轴向NWW-SEE的宽缓背斜构造。根据勘探报告井田内共有断层18条，除温泉、宁沟两条小逆断层外，其它均为正断层。其中落差大于100米的5条，落差100～50米的5条，落差50～30米的7条，落差小于30米的有l条。大隗断层、贾梁断层、欧阳寺断层构成本区自然边界。断层走向除大隗断层为近东西向外，其余均为北西～南东向，并以南升北降正断层为主，全区构造复杂程度属中等。矿井区内发育有滹沱背斜，纵张裂隙和X节理发育，并且西北倾伏端被大隗断层切割，受断层带地下水的补给，形成相对富水区。本区构造主要以断裂为主，伴有发育程度不同的褶皱，主要褶皱有滹沱背斜。

矿井主采山西组二1煤（平均厚度5.5米），半金属光泽，煤层结构简单，煤质松软，属典型的三软煤层。煤层局部发育伪顶平均厚0.6m，以碳质泥岩为主；直接顶为砂质泥岩平均厚4.0m；老顶为大占砂岩平均厚度为14m。同时我矿还兼采二3煤层（平均厚度1.3米），煤层局部发育伪顶平均厚0.3m，以碳质泥岩为主；直接顶为砂质泥岩平均厚7.0m；老顶为香碳砂岩平均厚度为20m。两层煤间距平均18m。

2 支护改革背景及方法

赵家寨煤矿目前年产量300万吨，在煤炭市场非常“疲软”的情况下，必须降低成本。煤矿投入成本最多相对零利润的是巷道掘进，所以我们必须在巷道支护上降低成本。为了确保安全生产，我矿必须探索一套新的支护方式。

我矿从2012年开始试行差异化支护，先是在31116薄煤层（平均煤厚1.3m)工作面采用大棚距（大棚距1.0m，传统棚距0.6m）+顶锚杆补强的支护方式，使单进水平不断提高，平均月单进达到380米，并于当年12月创下了月单进602米的集团公司纪录，有力的保证了采面接替。随着支改工作的逐步深入，结合当前形势，我矿将指导思想转变为以“加强支护、因地制宜、保证回采、快速推进”为方向的新的支改路子，把沿顶掘进作为突破口，先是在12208工作面进行试点，取得了初步成功后，在首个低位放顶煤工作面11208采取两巷补强方式（该面两巷全部沿空掘进，平均煤厚6米以上），为回采创造条件。同时，根据12211接替面的实际情况（该面是我矿12采区东翼最上部一个工作面，采深仅230米，平均煤厚6米以上，原煤中掘进，周边无采动影响），我们在该面采取了大棚距施工，并进行了锚索（杆）加钢带补强，通过在12211里段进行回棚实验，效果非常好。在不断摸索中，我们信心越来越足，开始在切巷搞全锚网设计（切巷顶煤在6米以上，最后处达9米），为稳妥起见，在施工中采取架棚作为临时支护，锚（杆）索为主要支护，通过现场实践达到了预期目的。

在支改不断推进过程中，我们也发现了不少问题，随着12208工作面回采，采用的差异化支护方案的不足之处开始逐渐显露。主要有以下几点：

①进巷时顶部打设三根6米锚索，两帮各打三根3米锚杆（图1），顶部锚索与帮部锚杆未形成一个整体的加固圈，导致因局部扰动出现垮塌（尤其是局部顶空处）。使两巷护顶还需加顶部一根坑木，局部需加椽子背帮。支护面积不够，频繁出现网兜、网撕裂等；玻璃钢锚杆强度不行，有折断现象。从而导致围岩失稳，支护失效。

图1

②我们又采用顶部锚索加钢带，每隔一棚加一道钢带，两帮各打三根3米锚杆（图2），效果明显好于第一种支护，但是顶部锚索与帮部锚杆还未形成一个整体的加固圈，导致因局部扰动出现垮塌（尤其是局部顶空处出现网兜）。局部需加椽子背帮。支护面积不够，频繁出现网兜、网撕裂等，有折断现象。从而导致围岩失稳，支护失效。

试验工作面暴露的一些问题，我们认识到主动支护的强度普遍还存在问题，于是在支护设计以及两巷补强上，有针对性的采取了加密、加长、加粗并增设钢带等加强措施，逐渐取消软塑料网、玻璃钢锚杆，大量使用¢17.8mm及以上锚索，推广使用钢带。同时通过开展支护质量大检查，增加检查手段，主动支护的失效率从最开始的接近50%到现在的不超过5%，月单进也从原先的120米左右逐步达到180-210米。

图2

③通过设计、施工、观测、分析我们采用棚距1米，每棚之间三根6米锚索加钢带了，两帮各打三根3米锚杆加“H”型钢带支护方式。在12211上下付巷使用，该区域煤厚6米左右，巷高3.4米，效果非常好，为了更好的推荐差异化支护改革，我们大胆的在上付巷20米巷道内将“U”型钢棚拆除，实验支护强度（如图3）。根据实验结果目前该段巷道已经拆除“U”型钢棚70天，巷道仍然未出现变形。

在12211上付巷，通过在原有棚间采用全断面锚（杆）索加钢带，扩大护表面积，形成完整加固圈，从里段观测数据看，能够达到预期目的。在12211切巷顶煤较厚的情况下试用12#矿工钢大棚距+锚索（杆）+纵横钢带的新支护方式，目前支护效果也不错，每天手稿掘进3米，既保证了支护质量也没有影响进度，更为我们下一步支架安装打下了很好的基础。

图3

3 经济效益及结论

未支护改革前我矿煤巷采用的是16m2断面，36型U型钢支护，棚距0.6m，工作面上下付巷加切巷总长都在4000米左右，需要36型U型钢7000架左右，目前一架36型U型钢售价3996元，这样每个工作面贯通后直接投入2664万元，如果我们想办法能把36型U型钢去掉这样能大大节约成本。

新郑煤电公司紧紧围绕“安全第一、因地制宜、循序渐进”指导思想。前期支护为大棚距巷顶加3根6～9m锚索（直径为17.8mm钢丝绳锚索）加“H”型钢带，两巷帮各打三根3m锚杆(直径20mm等强锚杆)加“H”型钢带，间排距1m。这样能保证工作面回采上下端头不替棚；中期支护为棚距加大到2m，根据实验结果采取补强措施；到后期实现取消U型钢棚，补强措施。