厚煤顶复合顶板区段平巷支护技术研究

梁俊春

（山西汾西矿业集团中兴煤业， 山西 交城 030500）

引言

巷道掘进作为煤矿采掘生产的重要环节，其掘进后的巷道支护问题对于保障巷道的正常使用和后期的安全高效生产具有极为重要的作用。但是由于巷道地质条件较为复杂，围岩状况较差，且经历巷道掘进、回采期间的多次应力扰动，其巷道围岩控制面临较大挑战，对我们的支护技术要求较高。尤其是对于仅供回采使用的区段平巷来说，其所承受的矿山压力最为前沿[1-3]，虽然服务时间较开拓巷道和准备巷道短，但由于直接承受工作面采动应力影响，其围岩支护工况最为复杂，对支护设计的要求更高，特别是当巷道沿煤层底板掘进，巷道顶板为煤层时，其留煤顶的支护技术就更为关键，加之巷道支护成本控制的问题，这就要求我们在面临煤层复合顶板区段平巷的支护设计时，应充分考虑针对性的支护理论、支护方案和参数设计，来将巷道围岩变形控制在合理范围，保障巷道的安全有效支护。

1 工程概况分析

某矿主采11号、10号煤层，两层煤为近距离煤层，1101工作面运输平巷沿11号煤层底板掘进，其顶板为10号煤层、夹矸、9号煤层，9号煤层上部位坚硬的石灰岩层，故1101运输平巷为典型的厚煤顶复合顶板巷道，该巷道顶底板岩性赋存情况如表1所示。因此，1101运输巷掘进高度3m，其上覆顶板分别为10号煤层、夹矸层、9号煤层以及石灰岩层，其岩性差别较大，直接顶为煤、矸混合的软弱岩层，裂隙较发育，自温性能差；而基本顶为较厚的完整石灰岩，岩性差别大，对支护造成较大困难。本文针对其厚煤顶复合顶板的巷道支护方案进行设计，并通过后期的施工及观测对支护效果进行验证，以期实现巷道快速安全掘进、围岩高效可靠支护以及支护方案技术经济效果好的综合目的。

表1 工作面顶底板岩性赋存特征表

2 复合顶板破坏特征及影响因素分析

复合顶板一层或多层煤层与岩层混合构成的顶板，其主要特点是煤岩层之间岩性差别较大，软弱岩层内部节理裂隙发育，内聚力较差，容易从上部岩层中脱落，导致发生离层失稳，对巷道支护不利，且复合顶板多见于巷道沿没岩层底板掘进，在我国西部厚及特厚煤层采掘过程中极为常见，因此有必要对复合顶板的破坏机理进行研究。

对于巷道掘进后顶板围岩发生的破坏，其主要破坏形式包括局部煤岩块脱落、拉裂破坏、剪切破坏、爆破落矸、风化落矸等。对于复合顶板的巷道围岩破坏特征，则主要包括以下几个方面[4-5]：

2.1 巷道顶板控制难度最大

复合顶板围岩控制的重点难点均在于对顶板的支护，复合顶板不同岩性的顶板间极易出现滑动和离层现象，滑动主要是由于岩层间的剪切、错动，各煤岩层沿着破坏的节理面在近水平的方向滑动，同时，由于拉裂破坏，节理面不断张开，煤岩层间的聚合效应失效，失去相互之间的黏结和支撑，表现为巷道顶板的离层。且根据研究，复合顶板巷道的顶板离层值与巷道宽度值得四次方成线性比例关系，且越靠近巷道中部，巷道离层量越大，围岩破坏程度越大，巷道支护难度越大。

2.2 突发性顶板事故概率大

巷道若为复合顶板，其复杂性、特殊性导致顶板发生突发性事故的概率增大，容易发生巷道局部漏冒、支护困难的问题，或巷道后期使用维护过程中出现顶板垮落、变形严重等。例如，在特殊地质区域，断层、煤岩破碎带、顶板淋涌水区、顶煤厚度变化带等，容易出现顶板冒顶事故，或者后期维护时出现顶底板移近量突然增大，断面收缩严重等失修情况，对巷道支护极为不利。

2.3 巷道底鼓出现新变化

巷道的支护重点往往集中在顶板及两帮，对巷道底板的控制重视性不够，而对于复合顶板巷道，可能会因为对复合顶板的针对性考虑不全，导致支护方案针对性较差，对顶板的支护效果差，尤其是对于大断面区段巷道，围岩应力往往会转移至底板，造成巷道底鼓量增大，影响巷道的正常使用，同时又会引发顶板及两帮支护的失效恶化，因此，引起足够的重视。

3 巷道支护方案设计及应用

结合以上分析，针对本矿巷道支护经验及矿压显现具体情况，确定该巷道支护采用锚网支护方式。

顶板支护参数：选用Φ20 mm×2400 mm预紧力锚杆，间排距为800 mm×1000 mm，沿走向每排打设6根锚杆；每根锚杆使用两支CK23/50型树脂锚固剂进行端头锚固，锚固力不小于64 kN；金属网使用8号铁丝编制的菱形网，网孔50 mm×50 mm；锚杆托盘使用长宽厚200 mm×200 mm×50 mm的木托盘，锚杆外露长度10～20 mm。

工作面侧帮部支护参数：选用Φ20 mm×1800 mm玻璃钢锚杆，间排距为500 mm×1000 mm，沿走向每排打设4根锚杆；每根锚杆使用两支CK23/50型树脂锚固剂进行端头锚固，锚固力不小于64 kN；使用矿用塑编网挂网支护，其他参数同顶部支护。

另一侧帮部支护参数：选用Φ20 mm×2400 mm预紧力锚杆，间排距为500 mm×1000 mm，沿走向每排打设4根锚杆；每根锚杆使用两支CK23/50型树脂锚固剂进行端头锚固，锚固力不小于64 kN；金属网等参数同顶部支护。

现场采用以上方案及参数对巷道进行支护，巷道服务期间使用“十字测站法”对巷道围岩变形量进行观测，巷道掘进后40 d巷道变形趋于稳定，所测得的顶底板最大移近量52 mm，两帮最大移近量125 mm，变形量处于有效控制范围内。

4 结语

在1101运输巷回采服务期内，在进入巷道回采工作面超前支承压力叠加影响范围前，巷道围岩变形累计量值不大，在进入巷道超前支承压力影响范围后，配合工作面30 m范围内的超前支护措施，能够保证巷道围岩的有效控制及端面尺寸的正常使用。现场观测结果表明：1101运输巷采用设计的支护方案，配合有效的维护措施及超前支护方案，能够保障巷道围岩的稳定性，实现了预期的技术经济效益。

[1]赵涛.煤巷复合顶板锚杆支护技术研究[D].西安：西安科技大学，2014.

[2]高峰，李纯宝，张树祥.复合顶板巷道变形破坏特征与锚杆支护技术[J].煤炭科学技术，2011，39（8）：3-25；34.

[3]杨峰，王连国，贺安民，等.复合顶板的破坏机理与锚杆支护技术[J].采矿与安全工程学报，2008（3）：286-289.

[4]蒲源源.金辛达煤矿含煤复合顶板巷道围岩稳定性控制技术研究[D].北京：中国矿业大学（北京），2016.

[5]常聚才.深井复合顶板回采巷道支护技术研究[J].煤炭科学技术，2016，44（6）：60-63；77.