掘进巷道复合顶板支护方法探讨

万晓亮

摘要：根据石沟驿煤业分公司6#层煤赋存条件， 结合锚杆、锚索支护机理进行理论分析， 合理选择掘进工作面巷道复合顶板支护方式和支护参数； 分析了复合顶板支护效果差的原因及顶板管理注意事项。

Abstract： According to the occurrence conditions of 6# coal in Shigouyi Coal Mine Branch， the theoretical analysis on the supporting mechanism of anchor and cable is carried out to reasonably select the supporting ways and parameters of the compound roof in the drifting face. The reasons for the poor support effect of composite roof and the matters needing attention of roof management are analyzed.

关键词：锚杆支护；复合顶板；掘进巷道

Key words：suspension roof support；compound roof；drifting tunnel

中图分类号：U455.7+1 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2017）12-0107-02

0 引言

石沟驿煤业分公司开采煤层赋存条件差，煤层顶底板多为泥质砂岩，遇水易变软、易脱层，掘进巷道后期易出现顶板下沉、巷道底鼓等现象，为提高巷道支护质量，减少巷道后期维护，采用优化锚杆支护参数，根据不同的巷道性质、断面大小、质地条件等进行科学计算。通过优化支护参数，改善支护效果、降低支护成本、加快成巷速度、减轻劳动强度等方面的优越性十分突出。只有正确地设计和应用锚杆支护，加深对锚杆的支护机理认识，以完善的锚杆支护理论作为指导，才能使技术在现场管理中更好地服务于井巷施工。

1 矿井生产概况

6#煤层为石沟驿煤业分公司主采煤层，厚度为1.1-2.7m，平均厚度1.9m，煤层倾角5°-15°，煤层硬度系数为2-3。直接顶平均厚度2.6m，由下向上为：煤矸互层，0.1-0.5m，层状结构，硬度小，易脱层。五煤，0.8-1.4m，节理发育，层理明显，硬度较小。泥岩，0.3-0.5m，硬度小，层状结构，遇水易变软，易脱层；细粒砂岩，0.5-0.7m，块状结构，泥质胶结，硬度小，遇水易变软；泥岩，0.1-1.0m，灰白色，硬度小，层状结构，遇水易变软，易脱层；老顶为2.4-2.6m 粉砂岩，直接底板为0.4-1.2m泥岩。整体煤层层位分明，由不同岩性岩层组成，岩层与岩层之间有分离面，夹有煤线或有薄煤层软弱岩层，易生产下沉位移，易断裂、冒落，是典型的复合顶板。

2 巷道顶板支护设计

根据巷道顶板岩层分布情况，按照悬吊理论计算锚杆参数。

①锚杆长度计算公式为：L=KH+L1+L2

式中：L——锚杆长度，m；

H——软弱岩层厚度或冒落拱高度，m；

K——安全系数，一般取K=2；

L1——锚杆锚入稳定岩层的深度，一般可按经验取0.4m；

L2——锚杆在巷道中的外露长度。依据锚杆规格，取0.1m。

L=2×H+0.4+0.1

软弱岩层厚度是根据地质资料、实测或经验估计；冒落拱高度是按下式估算，即：

H=■

式中：B——巷道开挖宽度，m；f——岩石坚固性系数。

以010611回顺掘进工作面为例：

H=4.95÷2÷3=0.825m

则L=2.0×0.825+0.5+0.1=2.25m

所以010611回顺掘进工作面现使用的2500mm长左旋无纵筋螺纹钢锚杆可以满足锚杆支护的要求。

②锚杆的间距、排距计算。

根据施工工艺要求，巷道掘进循环进度为1.8m/循环，故锚杆排距为900mm。

锚杆间距为：

a=■

式中：a——锚杆的间距，m；Q——锚杆的设计锚固力，根据质量标准化要求，取50kN；γ——被悬吊岩石的重力密度，kN/m3，取25kN/m3。

则a=1.1m，取锚杆间距为800mm，故该巷道锚杆布置间、排距为800×900mm。

为确提升顶板管理的安全系数，在顶板除了布设螺纹钢锚杆、钢筋网、钢带支护外，顶板还按照2400×1800mm间排距打设锚索钢，锚索为Ф21.6mm钢绞线加工，加工长度：7000mm，锚索托盘采用10mm厚钢板加工，规格300×300×12mm，中部钻孔Ф26mm，锚索钢为11#矿工钢，长2200mm，每根锚索钢开两孔，孔径Φ26mm，孔中心到两头各200mm，孔间距为1800mm。

3 影響支护效果分析

3.1 锚杆支护角度

锚杆安装角度不合格就不能有效锚固煤岩层理，当巷道顶板受压出现下沉时，而且锚杆易受剪切作用，从而降低了支护效果，减小了支护强度。

3.2 锚固剂使用规范性

一般情况下一只树脂锚固剂是一个固化速度，当作业现场进行加长或全长锚固时，需要不同固化时间的锚固剂搭配使用，因为多节锚固剂施工过程中，搅拌过程中先搅拌的锚固剂会先凝固，继续搅拌的话会破坏这段锚固的效果，而不搅拌的话最里面的锚固剂还没有被搅拌到，没搅拌的锚固剂就不能成为有效的锚固段，很长的一段的锚固剂就相当于没有使用到。而快慢搭配则解决了这一问题，一般速度较慢的在外，速度较快的在内，以保证施工过程中，让所有的锚固剂大概在同一时间凝固，发挥锚固效果。

3.3 作业现场作业人员操作水平

支护设计是顶板管理安全性的基础，作业现场施工工程质量是顶板管理安全性的根基，可见作业人员操作规范性直接决定着顶板管理安全系数。根据现场经验员工操作行为主要影响包括以下几个方面：

①锚杆孔内煤岩粉没有冲干净，直接影响树脂的凝固效果进而影响树脂同锚杆孔壁的胶结，造成锚固力、抗拔力不够。

②锚杆施工角度没有垂直断面轮廓线，当顶板来压，顶板出现下沉、位移时，锚杆额外承受铅锤方向的剪切力，是造成锚杆断头的主要原因。

③锚固剂填充数量及搅拌、等待时间不符合要求，直接影响锚固剂的锚固效果，这是后期出现漏顶、冒顶事故的直接原因。

4 特殊区域的顶板管理

根据石沟驿煤矿掘进巷道施工的特点，以下特殊区域需要进行重点顶板管理：

4.1 巷道开口大断面及巷内各硐室区域

为满足掘进施工正常供电、运输，巷内需要施工移变硐室、胶带输送机搭接硐室及调车场，该区域顶板跨度会变大，同时该矿巷内采用连续牵引绞车配合矿车进行支护材料、设备运输，在掘进巷道开口位置都会设计、施工连续牵引绞车硐室，风巷硐室宽度一般为5.0m，机巷硐室宽度达到6.8m，该区域的顶板跨度大，容易出现顶板离层、下沉情况，针对该区域采取措施为施工过程中加打锚索托梁配合锚网喷进行主动支护，同时架设一梁二柱进行加强支护，控制顶板下沉。

4.2 地质构造带区域

地质构造带区域施工是掘进巷道施工的重中之重，首先是该区域穿层施工，顶板完整性差，其次是现场水多，我矿直接顶板还是遇水易变软的泥岩、细粒砂岩，更造成顶板管理安全系数低，最后是该区域顶板容易下沉，造成巷道高度不够，进行巷道维修概率高。针对该区域采取措施有以下几项：

①施工过程中短掘短支，缩小控顶距，减少施工过程中发生漏顶事故的概率。

②顶板支护加设锚索梁，提高支护质量，经济条件允许情况下进行喷浆效果最好。

③断层面揭露之后，根据断层倾向对锚杆、锚索支护角度进行适当调整，防止锚固点坐落在断层面上，造成锚固剂凝结效果差，支护质量达不到要求。

④施工区域适当架设单体液压支柱，控制顶板下沉。

4.3 巷道维修区域

针对出现顶板下沉严重、钢筋网断裂面积大的巷道，往往需要对该区域进行巷道维修，危险系数最大的是挑顶、扩帮维修模式，因为挑顶、扩帮是对原有支护的严重破坏，同时也是最容易出现漏顶、冒顶事故，针对该区域的维修作业采取措施有以下几项：

①挑顶作业前必须架设可靠的临时支护，严禁空顶作业。

②施工过程中必须严格执行敲帮问顶制度，防止活矸活石坠落伤人。

③上、下山巷道进行维修施工时，人员必须站在维护区域上方进行作业，防止被掉落的矸石砸伤。

④施工过程中挑顶区域严禁其他人员通过，距挑顶处10m范围内严禁其他人员靠近，挑顶位置的正下方严禁站人。

⑤挑顶施工坚持挑一架维护一架，严禁大面积挑顶，一次进度不能超过1m。

5 结论

对复合顶板采取锚网索联合支护方式是特别有效的顶板管理方式，通過对010611回顺掘进工作面进行观测，顶板离层剥落区域明显较之前掘进工作面减少，同时顶板下沉量明显降低，不超过150mm范围。

参考文献：

[1]于春贵.复合顶板支护技术浅析[J].黑龙江科技信息，2011（10）.

[2]段红民.复合顶板锚杆支护设计优化[J].煤炭工程，2010（11）.

[3]王传绳.浅析软岩矿井巷道掘进顶板支护[J].能源与节能， 2014（12）.