薄煤层综采回采巷道支护技术

张学忠

（西山煤电集团公司总调度室，山西 太原 030053）

1 工程概况

斜沟煤矿16502综采工作面布置在斜沟煤矿一水平15采区，工作面可采走向长度为2638.2m，倾斜长度为175.4m，煤层厚度为1.73m。工作面总体为一走向近南北、倾向西的单斜构造，倾角为9.7～10.6°，平均10.3°，煤层为黑色，暗煤为主，少量亮煤，条带状结构，层状构造，内生裂隙发育。煤层受古河流冲蚀沉积影响，局部形成全岩段。煤质牌号为气煤。基本顶为中粗粒砂岩，平均厚度15.05m；直接顶为泥岩，平均厚度3.71m；直接底为泥岩，平均厚度为1.41m；基本底为中粗粒砂岩，平均厚度为13.72m。工作面可采储量为110.27万t。

2 回采巷道围岩变形破坏原因分析

16502综采工作面回采巷道已掘巷道顶板下沉量较大，巷道多处发生坠包和锚杆托盘内部煤层冒空现象，经现场布置测点测试与分析，主要原因：

（1）锚杆预紧力矩太小，支护效果差，锚杆支护潜力远远没有发挥出来[1]。

（2）锚杆安装机具不合适，锚杆的预应力较小，不能充分发挥高强锚杆的作用，施工机具有待进一步完善。

（3）锚杆打设未垂直巷道顶板，多处锚杆螺母和托盘之间点接触或者线接触，锚杆支护效果差，巷道表面围岩变形或者破碎后，锚杆很容易失效。

（4）锚索安装后锚杆未进行二次紧固，导致锚杆支护预紧力损失甚至锚杆支护失效[2]。

（5）巷道帮锚杆顶角处空帮较多，无效锚杆较多。

（6）锚杆未使用减摩垫圈，锚杆螺母和托盘之间的摩擦力太大，锚杆预紧力矩转化为锚杆托力效率太低。

（7）钢筋梯子梁尺寸单一，不能适应不同条件的围岩，容易引起支护力下降或锚杆支护失效[3]。

（8）开掘巷道过程中围岩应力重新分布，巷道两侧出现了基本对称性分布的应力集中，导致巷道两帮变形比较严重。

通过上述分析，该回采巷道目前采用的锚网支护参数，还需要优化改进。

3 回采巷道锚杆、锚索支护参数

16502综采工作面回采巷道毛宽4700mm、毛高3600mm。巷道锚杆、锚索布置图如图1所示。巷道顶板确定布置6根锚杆，锚杆间距850mm；巷道两帮各布置4根锚杆，间距为1000mm，锚杆排距确定为1000mm。支护参数为：

（1）顶板锚杆。巷道顶板锚杆采用Ф20mm×2400mm左旋螺纹钢高强锚杆，匹配150mm×150mm×10mm高强螺母与高强拱形托盘。锚杆角度：两顶角处锚杆分别向外倾斜15º，其他锚杆均垂直顶板布置。打钻时孔直径为28mm，树脂药卷规格为K2335和Z2360各1支。巷道顶板配以金属网与钢筋梯子梁进行辅助支护，其巷道顶部梯子梁有效长度是4700mm，用规格Ф14mm的钢筋自行加工；巷道顶板金属网采用4700mm×1200mm菱形网，相邻网搭接约100mm，用铁丝进行连接。施工时候锚杆预紧力矩不少于200N·m。

（2）顶板锚索。确定用Ф17.8mm，长5.3m的1×7股的高强锚索，锚索的有效长度为5.0m左右，锚索间距1700mm，锚索一排布置2根，排距2.0m。锚索用3支型号Z2350树脂锚固剂锚固，树脂药卷理论锚固长度为1.45m,在锚索锚固端1.4m加挡圈，锚索托盘匹配300mm×300mm×12mm的高强平托盘，施工时候锚索预紧力应≥200kN。遇煤层厚度变化较大的地段，锚索长度可根据需要调整，锚索应深入煤层顶板3000～4000mm。

（3）两帮锚杆。用左旋螺纹钢高强锚杆，锚杆钢材屈服强度不少于335MPa，锚杆型号Ф20mm×2000mm；匹配150mm×150mm×10mm托盘。锚杆角度布置成顶角向顶倾斜15º左右,底角处锚杆向底倾斜10º左右，其他锚杆均垂直两帮布置。打钻时孔直径28mm，每孔放置型号K2335与Z2360两支树脂药卷[4]。梯子梁采用Ф10～12mm的钢筋自行制作（梯子梁钢筋比顶板稍细），长度为3600mm，两端封闭；巷道两帮金属网为3600mm×1200mm菱形网，相邻网之间搭接大约100mm，用铁丝来进行连结。煤柱侧锚杆预紧力矩应大于300N·m。锚杆安装后需要进行二次紧固。

图1 薄煤层回采巷道锚杆、锚索布置

4 回采巷道围岩变形观测分析

为分析薄煤层回采巷道支护效果，采用“十”字布点法布置观测点，监测巷道顶底板及两帮移近量[5]，每隔40m布置一个，连续观测7周并记录数据。现随机选取巷道中相距50m的观测点的观测数据汇总，薄煤层回采巷道围岩变形位移曲线如图2所示。

图2 薄煤层回采巷道围岩变形位移曲线

由图2可知，测点的巷道两帮及顶底板变形趋势基本一致，都在掘巷后半个月内，围岩变形增长较迅速，而半个月后，巷道变形速率开始变小，掘巷40d后变形量开始趋于稳定，最终测点两帮及顶底板移近量分别达220mm和200mm。由此可见，通过改进薄煤层回采巷道的支护，提高了围岩稳定性，很好地控制了围岩变形，支护效果良好。