3308 底抽巷支护结构的优化

苏 波

（山西晋城煤业集团赵庄煤业有限责任公司，山西 长治 046000）

1 概况

赵庄矿3308 底抽巷设计长度为1 218.136 m，巷道采用拱形断面，掘进宽度为4.7 m，掘进高度为3.3 m（墙高2.3 m，拱高1.0 m），掘进断面为13.77 m²，净宽4.5 m，净高3.2 m，净断面积为12.98 m²。基本顶为砂质泥岩，厚度3.50 m，单轴抗压强度31.8 MPa，单轴抗拉强度1.06 MPa，普氏系数f=3.2；直接顶为K7 细～中粒砂岩，厚度2.1 m；基本底为砂质泥岩，厚度12.75 m。

该底抽巷最初的巷道支护采用了高预应力锚杆支护和预留煤柱的方案，但在实际应用中存在着支护结构复杂、支护效率低、稳定性差的难题，而且在综采作业过程中巷道极易出现变形，需要人工频繁地调整支护体结构，提高支护稳定性，给综采作业安全和综采效率带来了极大的负面影响。因此赵庄矿成立了专门的技改小组，结合3308 底抽巷实际情况，对巷道围岩变形的原因进行了分析，在此基础上提出了以锚网梁联合支护、锚索加强支护为核心的巷道支护结构。根据在3308 底抽巷的实际应用表明该支护方案具有结构简单、支护效率高、稳定性好的优点，极大地提升了3308 底抽巷的工作稳定性和可靠性。

2 底抽巷变形原因分析

3308 底抽巷支护体支护稳定后，巷道围岩会逐渐趋于稳定。随着综采作业的进行，3308 底抽巷的支护稳定性逐渐被破坏，围岩内部的应力逐渐释放，导致围岩的表面发生塑性破坏，随着应力的释放塑性变形区域逐渐扩大并产生挤压，在围岩表面形成了大量的裂缝，围岩沿着裂纹逐渐扩展形成了破碎区域。

随着综采作业的进行，破碎区域逐渐扩大，增加了3308 底抽巷的表面位移，进而导致了巷道围岩变形受损。因此如何确保底抽巷在综采扰动作用下的稳定性，防止裂纹产生和应力的释放，是维护巷道围岩稳定性的核心因素。对底抽巷巷道的支护，主要分为巷道顶板完整部分时的支护和在顶板破碎情况下的支护。在应力作用下，巷道围岩变形结构如图1 所示[1]，图中P0表示综采扰动下的压强。

图1 综采扰动下3308 底抽巷巷道围岩变形结构示意图

3 底抽巷巷道的支护方案

（1）底抽巷顶板完整时，对巷道的支护要求相对较低，主要是防止在矿压波动情况下围岩的破碎，支护方式主要以锚索加强支护[2]为主。支护锚杆采用MSGLW-500/22-2400，锚杆杆体为22#左旋无纵筋螺纹钢筋，长度2.4 m，杆尾螺纹为M24。锚杆布置时排距设置为1200 mm，间距设置为1200 mm，距帮202 mm，每排5 根锚杆。锚索的规格选用SKP22-1/1720-5400 mm、1×19 股高强度低松弛预应力钢绞线，直径为22 mm，长度5.4 m，加长锚固。锚索设置时采用排距为2400 mm，每排2 根锚索，间距为1884 mm，距帮1645 mm。

锚网采用10#铁丝编织的金属菱形网，网片位于顶板与钢筋托梁之间，金属网网格为70×70 mm，网片规格为1.35×5.5 m，网片之间采用搭接方式连接，搭接长度100 mm，采用双股16#镀锌铅丝捆扎，每隔100 mm 捆扎一道，拧结不少于3 圈，保证金属菱形网紧贴岩壁。

锚固时锚索采用3 支锚固剂，锚固长度不小于2000 mm，预紧力不小于300 kN，锚索外露长度370 mm。锚索外露部分采用10#铁丝以“H”型方式捆绑在顶网上，与锚索交叉处铁丝拧结不小于3圈，铁丝与网片捆绑不小于3 圈。3308 底抽巷顶板完整情况下的支护结构如图2 所示。

（2）在底抽巷顶板破碎时，对支护的要求较高。为防止碎石的垮落及围岩裂缝的进一步扩大，根据长期的探索，在3308 底抽巷内顶板出现破碎时采用锚网梁联合支护[3]方案。支护时，锚索选用SKP22-1/1720-5400 mm、1×19 股高强度低松弛预应力钢绞线，直径为22 mm，长度5.4 m，加长锚固，尾部采用配套的高强度锁具。托盘为配套的碟形托盘，规格为300×300×16 mm。锚索布置时，排距设置为1000 mm，间距设置为1050 mm，距帮设置为250 mm，每排设置5 根。

图2 顶板完整时的支护方案

钢筋托梁规格选择T4300×80/14-100×80，采用直径为14 mm 的钢筋焊接而成，宽度为80 mm，长度为4.3 m。在安装锚杆位置各焊接有两段纵筋，纵筋间距100 mm，以便安装锚杆。防护网的网片采用10#铁丝编织的金属菱形网护顶，网孔规格为70×70 mm，网片规格为1.35×5.0 m，网片之间采用搭接方式连接，搭接长度100 mm，采用双股16#镀锌铅丝捆扎，每隔100 mm 捆扎一道，拧结不少于3 圈，确保在承受冲击情况下锚网的稳定性和可靠性。

锚网梁联合支护时，采用树脂加长锚固。锚索采用3 支锚固剂锚固，先放1 支规格为MSK2335的锚固剂，再放2 支规格为MSZ2360 的锚固剂。钻孔直径30 mm，锚固长度不小于1970 mm，预紧力不小于250 kN，外露长度为150～250 mm（锁具外）。锚索外露部分采用10#铁丝以“L”型方式捆绑（一侧指向北，一侧指向东）在顶网上，与锚索交叉处铁丝拧结不小于2 圈，铁丝与网片捆绑不小于3 圈。3308 底抽巷顶板破碎情况下的支护结构如图3 所示。

图3 顶板破碎情况下的支护方案

4 底抽巷支护稳定性分析

采用新的支护体系后，采用布点监测[4]的方式对各点的变形情况进行监控，结果如图4 所示。

图4 巷道内顶板和两帮相对移近量

由图4 可知，采用新的支护体系后，3308 底抽巷最初的位移量为40 mm，随着综采作业的进行，位移量逐渐增加，经过21 d 的综采后，位移量达到了约160 mm 的最大值，然后逐渐趋于稳定。巷道的变形量远小于未支护前的470 mm 的变形量，完全满足煤矿井下安全稳定的支护作业需求，而且采用新的支护结构后，支护效率比优化前提高了约27.2%。

5 结论

为了解决赵庄矿3308 底抽巷巷道支护结构复杂、支护效率低、稳定性差、巷道易变形的难题，在对巷道围岩变形原因进行分析的基础上提出了一种新的巷道支护结构，以锚网梁联合支护、锚索加强支护为核心。根据实际应用表明，该支护方案将巷道的变形量降低了65.9%，将支护作业效率提升了27.2%，实现了巷道的高效、稳定支护。目前该技术方案已在赵庄矿得到了广泛的应用。