厚硬基本顶下5-1022巷锚网梁索棚联合支护技术应用

李建云

（霍州煤电集团汾源煤业公司，山西 霍州 035100）

虽然近年来国家一直在推进能源结构的转变，但是社会经济发展决定了短期内以煤为主的消费结构不会改变[1-2]。我国煤矿以井工开采为主，需要掘进大量的地下巷道，据统计，我国每年井下掘进巷道长度已经超过了2万km，因此，实现服务期内巷道的稳定控制是保证煤矿高效开采的前提。为此，国内外专家学者和技术人员进行了系列研究和实践，目前已形成了悬吊理论、组合梁理论、压缩拱理论等理论假说，以及以锚杆为核心的主动支护和以架棚为核心的被动支护，而对于一些复杂条件下巷道支护常常采用主被动联合支护方式[3-5]。

1 工程概况

5-1022巷为汾源煤业5-102工作面的回采巷道，主要用于通风、行人、运输等。5-102工作面开采5号煤层，位于+1100 m水平，地面标高+1582～+1664 m，煤层标高+1179～+1267 m。该巷道井下位于一采区三条下山南翼，东部、南部、西部为未开采实体煤，东部距小煤窑警戒线最近距离为118 m。5-1022巷设计长度558 m，根据相邻三条下山、5-1021巷及ZK2、ZK3钻孔揭露地质资料分析，该工作面煤层整体为单斜构造，总体趋势东高西低，煤层起伏变化较小，煤层倾角23°～27°，平均倾角25°，构造情况简单。工作面煤层走向N9°W～N8°E，倾向SW-NW，煤层节理发育，5-1022巷掘进范围内构造情况简单，不会揭露较大构造。工作面基本顶主要岩性为中粒砂岩、泥质灰岩、粉砂岩，平均厚度17.95 m，不显层理，属坚硬岩层；直接顶主要岩性为泥质灰岩、泥岩，平均厚度4.09 m，不显层理，含粉砂泥质结构，质软；直接底主要岩性为泥岩，平均厚度2.1 m，半坚硬；基本底主要岩性为中-细砂岩，平均厚度5.2 m，裂隙较发育。5-1022巷设计为梯形断面，掘进宽度上3.9 m/下5.0 m，掘进高度3.4 m。

2 厚硬基本顶下锚网梁索棚联合支护技术

2.1 厚硬基本顶下巷道支护思路和原则

（1）及时主动支护原则

5-1022巷掘出后，其表层围岩处于单向自由的受力状态。未支护时，由于巷道直接顶为平均厚度4.09 m的泥质灰岩、泥岩，质软，直接顶岩层易出现碎胀变形，因此，对直接顶泥质灰岩、泥岩施加主动支护，泥质灰岩、泥岩形成支护-围岩主动结构，共同约束巷道变形。

（2）浅层围岩被动强化支护

5-1022巷直接顶易出现碎胀变形，通过工字钢棚对巷道进行强化支护，加强巷道围岩的支护强度，避免巷道浅部岩层大面积碎胀变形。

（3）利充分用厚硬基本顶承载能力

5-1022巷基本顶为平均厚度17.95 m的中粒砂岩、泥质灰岩、粉砂岩，属坚硬岩层，具备较强的承载能力。因此，5-1022巷围岩控制应充分利用平均厚度17.95 m的中粒砂岩、泥质灰岩、粉砂岩岩层承载能力，显著改善围岩结构环境。

2.2 锚网梁索棚联合支护技术

（1）顶板主动支护参数

顶板采用锚杆+锚索+锚梁+金属网联合支护，采用Φ22 mm×2200 mm高强锚杆，每排5根，间排距为800 mm，垫片选用150 mm×150 mm×8 mm拱形垫片，配1支ck2340型锚固剂和1支z2360型锚固剂，预紧扭矩不低于280 N·m；锚索选用Φ21.8 mm×8000 mm钢绞线制作，每排施工2根，间距为1600 mm，排距为4000 mm，锚索托板采用300 mm×300 mm×14 mm拱形高强托盘，配2支ck2340型锚固剂和2支z2360型锚固剂，锚梁选用Φ12 mm×3400 mm、Φ12 mm×2600 mm钢筋梁搭接使用，金属网采用双层网，网片选用900 mm×2000 mm钢筋网片和1000 mm×10 000 mm的菱形网。

（2）帮部主动支护参数

帮部采用锚杆+金属网支护，采用规格为Φ22 mm×2200 mm高强锚杆，每排8根，间排距为800 mm，垫片选用150 mm×150 mm×8 mm拱形垫片，配1支ck2340型锚固剂和1支z2360型锚固剂，预紧扭矩不低于280 N·m，金属网采用双层网，网片选用900 mm×2000 mm钢筋网片和1000 mm×10000 mm的菱形网。

（3）工字钢棚加强支护

工字钢棚采用11#工字钢加工制作，棚间距为1000 mm，背板采用1200 mm×150 mm×80 mm水泥背板。

图1 巷道支护断面图（mm）

3 围岩控制效果

将开发的厚硬基本顶下锚网梁索棚联合支护技术应用于5-1022巷，在巷道掘进后，及时采用十字测试法监测巷道变形，图2给出了5-1022巷掘进后0～120 d的巷道围岩表面移近曲线图。由图可知，巷道掘进后2个月内，巷道变形速度较快，该阶段内巷道顶、底、左帮、右帮变形量分别为105 mm、122 mm、89 mm、81 mm，平均变形速度分别为2.17 mm/d、1.87 mm/d、1.59 mm/d、1.44 mm/d。两个月后，巷道变形速度有所减缓，巷道掘出2～3个月内，巷道顶、底、左帮、右帮累计变形分别为126 mm、147 mm、106 mm、97 mm，平均变形速度均降低至1.21 mm/d左右。巷道掘出3个月后，围岩变形已经趋于稳定，变形速度降低至0.2 mm/d以下，巷道稳定后，巷道顶、底、左帮、右帮累计变形分别为129 mm、149 mm、107 mm、99 mm。综上所述， 5-1022巷围岩变形量均在可控范围内，现场调研结果显示，巷道未发生大的变形。

图2 汾源煤业5-1022巷围岩移近曲线

4 结语

巷道单一支护具有一定的局限性，以5-1022巷实际生产地质条件为工程背景，提出了及时强主动支护原则、浅层围岩被动强化支护、充分利用厚硬基本顶承载能力的厚硬基本顶下巷道支护思路和原则，开发了厚硬基本顶下锚网梁索棚联合支护技术。巷道围岩变形情况显示，顶、底、左帮、右帮累计变形分别为129 mm、149 mm、107 mm、99 mm，变形均可控，未发生大的变形，证明了厚硬基本顶下锚网梁索棚联合支护技术及参数的合理性。