木瓜煤矿回采巷道复合顶板协同支护技术应用

李 南

（霍州煤电集团吕梁山煤电有限公司，山西 方山 033100）

1 工程概况

霍州煤电集团吕梁山煤电有限公司方山木瓜煤矿10-201工作面位于二盘区准备巷道南翼，工作面上部为实体煤岩层，以北紧邻二盘区三条准备大巷，以南靠近矿井井田边界，以西为实体煤，以东紧邻风氧化带，靠近矿井井田边界，工作面开采9#+10#煤层，工作面倾向长度245 m，走向长度1 081 m，9#+10#煤层均厚5.27 m，平均倾角8.5°，煤层顶底板岩层特征见表1，10-201 运输顺槽沿煤层底板掘进，掘进断面为矩形，掘进巷道净宽为4 400 mm，净高为3 000 mm，巷道顶板岩层为复合顶板岩层，9#+10#煤层节理裂隙较为发育，煤层松软。为确保10-201 运输顺槽围岩的稳定，需拟定有效的巷道围岩支护方案。

表1 煤层顶底板岩层特征

2 协同支护技术

巷道顶板最易发生破坏的地方出现在肩角和顶板中间位置处［1-2］，巷道顶板最大弯曲正应力会随着帮部极限塑性区的增大而不断增大，当巷道帮部极限塑性区出现变形后，若不及时加强巷道帮部支护，控制住两帮的变形，将会导致巷道顶板的最大拉应力不断增大，直至达到顶板岩层强度的极限值而发生顶板拉伸破断［3-4］。

针对复合顶板特点，确保巷道围岩稳定的关键是控制帮部的变形，通过强化帮部煤体的强度，以加强巷道顶板的稳定，进而达到控制巷道围岩稳定的目的，即采取顶帮协同支护技术［5-6］。其支护工艺特点如下：巷道开挖后，在巷道复合顶板上打设锚杆和锚索，实现复合顶板承载强度的强化，确保锚索能够锚固在稳定岩层内，达到控制各岩层间离层变形的目的；巷道帮部同样采用锚杆+ 锚索进行联合支护，其中帮部锚杆的主要作用为加强帮部煤体锚固体的强度，锚索的主要作用为将帮部塑性区煤体锚固在深部未发生破坏的煤体内，达到控制提高帮部煤体强度、控制帮部塑性区进一步发育的目的，有效增强煤体的强度和承载能力。该巷道顶帮协同支护技术见图1。

图1 顶帮协同支护技术

3 支护方案

结合地质条件，该巷道支护拟采用顶帮协同支护技术，其支护方案技术要求、特点如下：

1）支护方案中采用“三高”锚杆及配件进行支护，锚杆屈服强度应大于500 MPa，配套采用锚杆减摩垫圈和大托盘。

2）锚索采用高锚固力恒阻让压锚索，锚索长度大于5 000 mm，确保锚索能够锚固在深度锚点内，锚索中设置让压装置，保障锚索在支护时能够实现让压与支护协同作用，确保锚索不会出现拉断现象。

3）帮部采用锚杆索联合支护，锚杆采用高强锚杆配套减摩垫圈和托盘，锚索长度应大于4 500 mm，锚杆索配套采用M型钢带和M托盘。

4）针对局部松软区域，采用超前大范围长孔注浆加固煤体，在煤帮喷射马丽散材料薄层，保障锚杆索锚固在煤体内，随后进行钻锚注二次注浆加固。

该巷道设计支护主要参数如下：

（1）顶板支护：顶板采用锚网带支护，锚杆采用高强锚杆，规格为Φ20 mm×2 400 mm，间排距为800 mm×700 mm，配套采用M型托盘，规格为150 mm×150 mm×12 mm，锚杆锚固剂为120 kN，预紧扭矩不小于200 N·m；锚索采用让压锚索，规格为 Φ21.6 mm ×8 000 mm，间排距为1200/1300 mm×700 mm，配套采用铁托盘，规格为400 mm×400 mm×20 mm，采用内径为22 mm 的让压管，安装在托盘与锚索间，锚索预紧力为150 kN，护顶采用金属网，规格为2 000 mm×900 mm。

（2）帮部支护：同样采用锚网带支护，锚杆采用高强锚杆，规格为Φ20 mm×2 400 mm，间排距为800 mm×700 mm，帮部从距顶板300 mm时打设，底部从距底板400 mm 处打设，锚杆锚固力为100 kN，预紧扭矩为150 N·m，配套采用M5钢带和M托盘，钢带展宽为173 mm，厚度为5 mm，M托盘规格为150 mm×100 mm×12 mm。帮部在钢带第二根锚杆处，将锚杆替换为锚索，锚索规格为Φ18.9 mm×4 800 mm，呈W型布置，锚索预紧力为100 kN，同样采用金属网进行护帮。

该巷道支护设计见图2。

图2 10-201 运输顺槽支护断面

4 效果分析

该巷道采用顶帮协同支护技术后，应用十字布点法进行巷道表面位移量的持续观测分析，根据观测结果得出顶底板及两帮移近量随时间巷道掘出时间的变化曲线见图3。

图3 巷道表面位移曲线

从图3 可知，顶底板及两帮变形主要出现在巷道掘出后的0～30 d内；巷道掘出时间大于30 d后，围岩变形速率大幅降低；当巷道掘出40 d后，顶底板及两帮变形已达到稳定状态；最终顶底板及两帮最大变形量分别为72 mm 和119 mm，数据表明巷道围岩整体稳定。

5 结语

根据10-201工作面的地质条

件，结合其复合顶板特点，回采巷道拟采用协同支护技术；巷道顶板及帮部均采用锚（索）网支护方案，并选择合理支护参数；实测该巷道顶底板及两帮最大移近量分别只有72 mm 和119 mm，巷道围岩稳定；应用表明，实施协同支护后，该巷道能满足开采工艺要求。