厚硬顶板巷道的支护方案及施工要点*

张绪涛

1 工程概况与地质条件

1.1 工程概况与地质条件

凤凰山矿为晋城煤业集团下属主力生产矿井之一，1965年建矿，扩建后生产能力4 Mt/a。矿井相对瓦斯涌出量为5.24 m3／t，属低瓦斯矿井。井田内主要含煤地层为山西组和太原组，总厚141.48 m，煤层总厚14.25 m，煤层倾角3°～10°。井田内煤层均属高变质的无烟煤。

凤凰山煤矿154307工作面埋深在200 m左右，工作面走向长度783.4 m，倾斜宽度176.4 m；开采15号煤层，煤层厚度1.7～3.1 m，平均2.13 m，煤层倾角0°～10°，平均5°，工作面的布置见图1。煤层结构简单，含一层0.28 m厚较稳定夹矸；15号煤层整体性和稳定性好，强度高，平均强度约为22.25 MPa。煤层普氏硬度2～4，夹矸普氏硬度1～2，煤体容重1.5 t/m3。工作面瓦斯绝对涌出量为2.3 m3/min。工作面二氧化碳绝对涌出量为1 m3/min。煤尘无爆炸性，为自燃煤层。

工作面内有一向斜和一背斜，其中背斜轴向N7°E，倾伏SE，两翼倾角0°～6°，平均4°；向斜轴向N12°W，倾伏NW，两翼倾角0°～25°，平均8°，对回采有一定影响。回风巷内距停采线向里438.5～425.5 m范围内为一构造影响区，对回采影响较大。

图1 154307工作面布置

煤层直接顶板为石灰岩，其平均厚度为9.94 m，平均抗压强度为116.43 MPa，属大厚度坚硬且不易垮落的顶板；煤层底板为软质泥岩，平均抗压强度仅为11.4 MPa，其膨胀率约为0.63%，遇水易膨胀强度下降明显。154307工作面水文地质条件较为简单，地下水主要来自上覆厚硬石灰岩层间裂隙水。

2 轨道顺槽维护特点及支护参数

2.1 轨道顺槽维护特点

根据目前已掌握的工程地质资料及现场调研分析，轨道顺槽的维护主要特点如下：

（1）154307工作面走向长度783.4 m，轨道顺槽为回采服务时间较长，并且本工作面回采后将留巷作为下一工作面的运输顺槽继续使用，巷道将承受两次强烈的采动影响，因此对巷道变形量及稳定性要求高。

（2）巷道局部具有断层、陷落柱等地质构造，构造位置不明，支护方案需根据迎头情况及时调整。

（3）煤层顶板为坚硬的石灰岩，其强度为116 MPa，现场锚杆施工困难。

（4）根据对相邻的154305工作面调研情况，巷道顶板局部有淋水，水源主要为上覆K2石灰岩层间裂隙水及上部小窑采空区积水下渗，巷道大量积水给现场施工及巷道维护带来困难。

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2.2 轨道顺槽支护参数

针对154307工作面的地质条件，轨道顺槽掘进期间采用锚带网索组合支护技术[1-3]对围岩进行有效控制，以控制巷道的变形量保证巷道的整体稳定。

（1）石灰岩顶板段

a、顶板支护

巷道顶板采用高强度螺纹钢锚杆配合钢制托盘支护，支护方式见图2（a）、（b），支护参数见表1。

b、非回采帮支护

采用高强度螺纹钢锚杆配合M3钢带支护，支护方式见图2（c），支护参数如表1所示。M3钢带设置4个圆孔，孔距为800 mm，M3钢带的加工尺寸见图2（e）。巷道肩角和底角处的锚杆分别向上下倾斜20°安装。

c、回采帮支护

图2 石灰岩顶板巷段的支护

（2）断层带及软岩顶板段

a、顶板支护

巷道顶板采用高强度螺纹钢锚杆配合钢制托盘及钢筋托梁压网+锚索支护，支护方式见图3（b），支护参数见表1。钢筋托梁规格为SB-14-4500-4型，采用Ф16 mm圆钢焊接而成，托梁宽度为80 mm，长度为4500 mm，在与锚杆位置相应的位置设置两段纵筋，以方便设置锚杆。

顶板每两排锚杆中间施工两套单体锚索，锚索规格为Ф7.8 mm×5300 mm，配合400 mm×400 mm×10 mm托盘支护；锚索间排距分别为2000 mm、1500 mm。锚索垂直顶板打孔，孔深度为5000 mm，所有锚索均采用Z2335和Z2360型树脂药卷锚固；要求锚索锚固力不低于200 kN。

b、非回采帮支护

支护方式与石灰岩巷段非回采帮支护相同，其支护方式见图2（c）。

c、回采帮支护

支护方式与石灰岩巷段回采帮支护相同，其支护方式见2（d）

图3 断层区及软岩顶板巷段的支护

表1 轨道顺槽不同巷段支护参数对比

3 轨道顺槽施工要点及支护效果

3.1 施工要点

依据前述的支护方案，锚杆及锚索的锚固力是锚固支护最为重要的技术参数，只有维持较高的锚固力才能有效限制围岩的变形维持巷道结构的整体稳定性。因此，在巷道的开挖过程中必须维持其锚固力不小于80 kN。其施工要点如下：

（1）使用综掘机开挖巷道，最后人工找平。

（2）巷道掘进的循环进尺与锚杆排距相同；在施工顶部锚杆的同时安设帮部锚杆，不得延后。

（3）菱形金属网从顶板中部开始向两边摊铺，其两边要越过巷道肩部，帮部的金属网要延伸至巷道底角。

（4）安装锚杆时，采用气扳机对锚杆二次加扭，最终帮部及顶部的锚杆扭矩不应小于300 N·m。

（5）锚杆钻孔的中心线要保持为一条直线，钻孔的深度要准确，要求误差不能超过20 mm。

（6）锚杆钻孔完成后，应采用清水反复冲洗孔壁直至孔内流出清水。

（7）根据顶板赋存和淋水情况，尽可能施工导水孔，集中排水。

3.2 支护效果

巷道表面位移是矿压显现的直接标志。154307工作面巷道从开挖至围岩变形稳定，两帮最大移近量及顶板最大下沉量分别为48 mm和41 mm，变形量都比较小，巷道围岩稳定后断面收缩率小，在允许范围内。

根据矿压观测结果可知：154307工作面巷道的支护设计合理，采用锚杆及锚索支护，借助较高的锚固力充分发挥出了围岩的自稳能力，使巷道顶板形成了较为稳定的承载梁结构，有效地控制了巷道围岩的变形，并将其限制在允许范围之内，这为工作面的后续开采带来了便利。

4 结语

针对凤凰山煤矿154307工作面巷道顶板厚度大强度高的特点，在巷道掘进期间采用锚带网索组合支护技术对围岩进行支护控制。矿压监测结果表明，锚带网索组合技术借助较高的锚固力充分发挥了围岩的自稳能力，使巷道顶板形成了较为稳定的承载梁结构，有效地控制了巷道围岩的变形，并将其限制在允许范围之内，这为工作面的后续开采带来了便利。

〔1〕马 骥，邓 磊.基于矿压显现监测的深部高应力煤巷支护参数优化[J].煤矿安全，2016，47（7）：204-207.

〔2〕王转平.锚杆支护设计方法研究[J].山东煤炭科技，2017（1）：77-78.

〔3〕杨 科，陆 伟，潘桂如，等.复杂条件大倾角大采高旋转综采矿压显现规律及其控制[J].采矿与安全工程学报，2015，32（2）：199-205.