沿空送巷支护技术优化设计研究

杜宾宾 田 强 刘尚明

（1.山东能源枣矿集团新安煤业公司，山东 济宁 277642；2.山东科技大学矿业与安全工程学院，山东 青岛 266590）

新安煤业公司为提高煤炭资源回收率，3311材料巷采用留设4m煤柱的沿空送巷技术。在目前支护方式下，巷道变形明显，不能有效控制围岩运动。

1 地质概况

3311材料巷掘进工作面长973m，矩形断面毛宽为4.6m，净宽为4.4m，巷道毛高为4m，净高为3.65m。工作面底板标高-547.5～ -606.5m。北为3上煤风氧化带靠近3上煤露头，东为3309工作面采空区，南为33辅助采区轨道和胶带下山，西为3311运输巷及未开采区。

3煤直接顶为泥岩或砂质泥岩，其中泥岩为灰黑色，厚层状，参差状断口，厚度为0.0～2.0m，平均1.2m，岩层坚固性系数f =4.77。砂质泥岩为深灰色，含砂均匀为细粉砂，厚度为1.3～4.5m，平均2.5m。岩层坚固性系数f =5.9。基本顶为细砂岩，灰色，巨厚层状，成分以石英，长石为主，次含暗色矿物及炭屑，泥质胶结，厚度为3.4～6.7m，平均5.4m。岩层坚固性系数f =11.9。

2 巷道原支护方式

顶板采用Ф20×2400mm的高强度螺纹钢锚杆，每排布置6根锚杆，间排距为900×900mm，其中肩窝的两根锚杆与水平成75°夹角；巷道两帮采用Ф20×1800mm的螺纹钢锚杆，每帮5棵，间排距为900×900mm，顶板下第一棵锚杆距肩窝300mm，其余锚杆间距为900mm，顶板下第一排锚杆仰角15°，最下边一排锚杆俯角15°；全断面铺8#菱形金属网，规格：长×宽=5800×900mm；顶板锚杆挂锚梯，长3200mm与2400mm各1根。

顶板每隔2.7m施工一组锚索（QLMK18锚具，长度8.0m的1×7-17.8预应力钢绞线）2根，配套使用300×300×15mm的锚索专用铁托板。

在巷道施工200m后，依据理论分析及现场观测，发现：

（1） 3311材料巷左侧为3309采空区，回采完成3个月，上覆岩层仍在运动中；

（2） 留设煤柱为4m小煤柱，巷道处于“内外应力场”外应力场中，矿山压力相对减弱；

（3） 巷道左侧小煤柱支撑能力差，局部压力较大，帮部锚杆盘受力变形反转，并出现锚杆受拉破坏现象；

（4）巷道受力变形明显，应用 “十”字测点观测巷道变形量，帮部相对位移超过1m，底鼓明显，顶底板移近量超过0.8m；

（5）根据安设顶板离层仪观测数据，发现局部离层已超过50mm；

（6）煤层厚度大，留有1.5m顶煤，必须托顶煤支护。

3 巷道支护优化

为了保证巷道顶板的稳定性，支护体系应满足下列条件：

（1）安装应力(预应力)。锚杆支护必须有充足的安装应力才能够防止顶板离层和松动圈的进一步发展，尽可能的控制围岩的早期变形。（2）锚杆的长度。锚杆的长度应保证锚固在松动圈外的稳定围岩中。（3）锚杆的强度。锚杆的强度应保证支护系统在巷道使用期间不破坏。（4）有效性。设计的支护体系必须确保现场施工人员的安全和巷道变形能够得到有效的控制。（5）高效性。在满足上述安全有效性和可靠性的前提下，要尽可能增大锚杆间排距，以提高巷道掘进速度。

根据以上特点，为合理控制巷道围岩变形，采用提高锚杆预紧力及支护单元承载能力、提高表面支护强度等方法来合理有效地控制巷道，对原有支护方式进行优化。

顶板采用Ф20×2400mm的高强度螺纹钢锚杆，每排布置6根锚杆，间排距为900×900mm，其中肩窝的两根锚杆与水平成75°夹角；巷道两帮采用Ф20×2000mm的高强度螺纹钢锚杆，每帮5棵，间排距为900×900mm，顶板下第一棵锚杆距肩窝300mm，其余锚杆间距为900mm，顶板下第一排锚杆仰角15°，最下边一排锚杆俯角15°；全断面铺8#菱形金属网，规格：长×宽=5800×900mm；顶板锚杆挂长4600mm翼型钢带1根。

顶板每隔2.7m施工一组锚索（QLMK22锚具，长度8.0m的1×7-21.6预应力钢绞线）3根，配套使用300×300×15mm的锚索专用铁托板。

为了充分发挥每根锚杆的作用，正确安装锚杆对于有效控制顶板，减少锚杆用量，提高掘进速度都是至关重要的。合格的锚杆安装应该使充填阻尼必须全部脱落，否则锚杆无法达到安装载荷；塑料垫圈必须溶化并挤出；安装扭矩顶板不低于200N·m，帮部不低于150N·m。

4 效果

通过优化支护方式，有效提高巷道支护强度，有效控制围岩，使围岩保持良好的稳定性，观测发现在优化支护方式之后，巷道变形得到有效控制，两帮相对移近量降至0.4m以内；顶底板移近量降至0.3m以内；顶板离层值低于30mm；锚杆及锚杆盘无受力破坏现象。