冲击地压矿井大断面煤巷支护技术研究

【摘要】通过提高锚杆强度、刚度和预应力，增加锚杆配套构件，有效控制巷道围岩形变，降低冲击地压影响，解决冲击地压大断面煤巷支护问题，为类似条件下的巷道支护提供一定参考。

【关键词】冲击地压；大断面；锚杆支护；支护泄压结合

引 言

随着煤炭连续的开采，浅、表部煤炭资源越来越少，目前己转向深部煤层的开采，高地应力巷道支护问题便越来越突出，如冲击地压、围岩大变形、强烈底臌等浅部巷道没有的支护问题。孟村煤矿煤层埋藏深，煤层厚，地质构造较多，随着中央带式输送机大巷的不断延伸，冲击地压灾害日益显现，选取合理的支护参数和防冲措施对工作面安全生产至关重要。

1、工程概况

中央带式输送机大巷设计层位在煤层中部，顶板为砂岩，底板为铝质泥岩，巷道规格为掘宽5.64m，掘高4.57m，掘进断面积达22.4m2，属于典型的深部大断面巷道。原支护形式为：锚杆规格采用φ20×2800mm，锚杆托盘为150×150×8mm；锚索采用φ21.6×8800mm的钢绞线，间排距2.1m×2.1m，布置形式为“四四”型，锚索托盘规格为：100×100×10mm、200×200×10mm、300×300×10mmQ235组合托盘。

该巷道在掘进过程中，动力显现频次、强度与日俱增，主要表现为煤炮频繁、声响巨大，伴随围岩震动，造成掘进工作面煤壁片帮，顶板抽冒，巷道成形差，支护施工困难，施工安全存在风险。

2、巷道稳定控制方法

2.1 掘进支护

在冲击地压矿井的支护设计中，要坚持一次支护的原则。特别是锚杆支护，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，为采矿服务的巷道和硐室等工程，需要保持长期稳定，不能经常维修；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锚杆支护效果最佳，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。

中央带式输送机大巷为矩形断面，采用锚网索喷联合支护。锚杆采用20#左旋无纵筋400号螺纹钢筋，L=2500mm，杆尾螺纹为M22，螺纹长度150mm，配高强度螺母，矩形布置，间排距700mm；锚杆托盘采用拱型高强度托盘，钢号Q235，规格为150×150×10mm，拱高不低于34mm，配调心球垫和减阻尼龙垫圈；锚杆护板采用W型钢护板，厚度5mm，宽280mm，长度450mm。網片采用6.5mm钢筋编织的钢筋网护顶，网孔规格100×100mm，网片规格1500×900mm，网间搭接100mm，要求双边孔孔相联，绑丝扭结不少于3圈。

锚索采用L=21.8mm，119股高强度低松弛预应力钢绞线，长度7100mm，顶部每排三根布置，排距1400mm ，帮部每排一根布置，排距1400mm，距巷道底板1200mm，锚索安装在两排锚杆间顶板中部。锚索托板采用300mm×300mm×14mm高强度拱形可调心托板及配套锁具，锚索托板高度不低于60mm，厚度不小于14mm。

锚杆预紧扭矩：利用扭矩倍增器（放大倍数5倍）或风动冲击扳手拧紧螺母，预紧扭矩不低于400N.m。锚索预紧力：锚索锁紧预紧力要达到200～250kN。

巷道支护断面如图1所示。

选择该支护参数主要有以下原因：

（1） “三高一低”。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（如加大锚杆直径或提高杆体材料的强度）、刚度（提高锚杆预应力、全长锚固），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。

（2） 高预应力和预应力扩散。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。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） 相互匹配。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。

2.2 巷道卸压

根据 “预测预报、逢掘必卸、不卸不掘、强支强卸”的冲击地压防治原则，在掘进时采用大孔径卸压方案。

（1）掘进迎头大直径钻孔卸压：采用“三花”型布置，下部两孔距离巷帮各1.4m，上部孔距离底板1.8-2.2m。掘进工作面距卸压孔终孔位置15m时，施工下一轮迎头卸压孔，始终保持掘进前方不小于15m处于有效卸压范围。

（2）帮、底部大直径钻孔卸压：帮部卸压孔垂直于巷帮单排布置，钻孔直径113mm，孔间距1.4m，钻孔长度14m，距底板1.2-1.5m，封孔长度3m，卸压孔滞后迎头不得超过40m。3、底板大直径钻孔卸压：底板卸压孔倾角60°，钻孔直径113mm，孔间距1.4m，根据底煤实际情况，巷道底煤厚度超过10m（含10m）的区域，钻孔长10m；底煤厚度小于10m的区域，钻孔施工至距离煤层底板2m为止，卸压孔滞后迎头不超过40m。

3、巷道支护效果分析

对中央带式输送机大巷进行巷道表面位移、顶板离层及冲击地压显现次数监测（如图2），支护方式调整后巷道变形量较原支护形式有所减少，冲击地压显现造成的影响也有所降低。虽然巷道局部出现顶板破碎，帮部垮落等显现，但是经过局部加强支护，巷道变形能够满足安全生产需要。

结 语

该支护方法改变了煤矿员工在巷道支护方面一味提高支护强度、刚度的传统思想，开辟出“回归锚杆支护，支护和泄压相结合”的巷道支护思想，为孟村矿井的巷道安全掘进给出了具体施工参数，为施工提供了设计依据，降低了冲击地压影响，减少了巷道变形，提高了施工安全系数。

参考文献

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[2] 孙忠辉.冲击地压矿井煤巷锚杆支护研究[J].建井技术，2000年，第21卷.

[3]刘文斌，肖恩超.锚网索棚喷碹联合支护防治巷道冲击地压[J].江西煤炭科技 2012年，第2期.

[4]徐永忻.《采矿学》.徐州：中国矿业大学出版社，2003

作者简介

白杨（1987-），男，陕西商南人，2010年毕业于西安科技大学采矿工程专业，陕西彬长孟村矿业有限公司助理工程师。