巨厚表土层薄基岩深部矿井煤巷支护体系优化及现场实践

李冬冬 张瑞凯 孟祥阁

（兖煤菏泽能化有限公司赵楼煤矿，山东 郓城 274705）

赵楼煤矿位于巨野煤田中部，具有埋深大、表土层厚、基岩薄及地质条件复杂的特征，开采前期存在煤巷变形大、顶板管理困难等诸多问题，成为制约矿井安全高效发展的不利因素。经过近几年的不断优化和实践，矿井摸索出了一套适用于自身特殊地质条件的锚网索支护体系，有效地控制了巷道围岩变形，保障了安全生产。

1 矿井概况

赵楼煤矿位于山东省巨野煤田中部，井田面积143.354 9 km²，现核定生产能力330 万t/年，批准开采标高-600～ -1200 m。矿井开拓方式为单一水平立井开拓，开采水平-860 m；主采煤层为山西组3煤层，平均厚度5.33 m；采用走向长壁综合机械化放顶煤开采工艺，全部垮落法管理顶板。矿井煤巷主要为工作面回采顺槽，沿煤层底板布置，多为托顶煤巷道，采用锚网索支护。

赵楼井田为华北型石炭-二叠系全隐蔽式井田，煤系地层以奥陶系为基底，沉积了石炭系本溪组、石炭-二叠系太原组、二叠系山西组及石盒子组，其上被新近系和第四系所覆盖，主要含煤地层为太原组和山西组。矿井具有巨厚表土层、薄基岩特征，自东向西表土层厚度逐渐增大，工广区表土层厚度为470 m，西部区域表土层厚度最大为740 m，现生产采区工作面基岩厚度最小为103 m，且多为泥、砂岩互层。

井田内次一级宽缓褶曲比较发育，轴向主要为NE及NW向，具有中、西部延展较长，东部延展较短，背、向斜相间排列的特点。纵观全井田，地层倾角呈中、西部较缓，东部较陡的趋势，井田内褶曲共17 个，其中背斜7 个，向斜10 个。矿井地质条件特殊且构造发育，地应力较为复杂，对巷道支护要求较高。

2 矿井原煤巷主动支护情况

2.1 原煤巷主动支护概况

顶板支护：采用6 根Φ22 mm×2400 mm 的KMG500 高强螺纹钢树脂锚杆配合4800 mm（长）×140 mm（宽）×10 mm（厚）的T 型钢带支护，锚杆设计间排距850 mm×800 mm，锚固力不小于150 kN，预紧扭矩不小于200 N·m，护网采用5000 mm×1000 mm 的8#镀锌铁丝菱形网。顶板布置锚索槽钢梁加强支护，每根梁均匀布置3 根锚索。锚索选用Φ22 mm×6200 mm 高强度低松弛预应力钢绞线及配套锁具，槽钢梁选用3400 mm长18#B槽钢。锚索设计间排距为1200 mm×1600 mm，设计锚固力不低于200 kN。

帮部支护： 巷道两帮各采用5 根Ф20 mm×2500 mm 的KMG500 左旋无纵筋全螺纹锚杆配合长3500 mm（长）×80 mm（宽）×4 mm（厚）的窄钢带，锚杆设计间排距800 mm×800 mm，锚固力不小于150 kN，护网采用5000 mm×1000 mm的8#镀锌铁丝菱形网。对于沿空巷道，在巷道两帮分别施工两根Ф22 mm×3500 mm 锚索加强支护，锚索间排距1600 mm×1600 mm。

上述支护具体见支护断面图1。

图1 矿井原煤巷主动支护断面图（mm）

2.2 存在主要缺点

（1）顶板支护强度不足。主要体现在护网防腐能力差，长时间使用易漏网失效；槽钢锚索梁强度不足，受力易变形、折断。

（2）帮部支护强度不足。主要体现在窄钢带强度不足，受力易变形、折断；沿空帮部锚索加强支护效果不佳，单锚索+托盘支护形式无法充分发挥复合支护能力。

（3）锚杆（索）设计锚固力较低，且让压量不足，巷道大变形时易失效或断裂。

3 改进后矿井煤巷支护情况及支护效果

3.1 主要优化内容

（1）将单层网优化为双层网，即外层使用金属菱形网，内层使用高分子塑料网；将18#B 槽钢锚索梁优化为29U 型钢锚索梁。

（2）将80 mm 宽的窄钢带优化为140 mm 宽的T 型钢带；沿空帮部单锚索+托盘优化为18#B槽钢锚索梁，提高支护整体性。

（3）增大锚杆（索）锚固力并增加让压装置，保证主动支护效果；适当缩小锚杆（索）间排距。

（4）针对淋水区等特殊地点，使用的锚杆（索）采用热浸锌防腐工艺处理，大大提高支护材料的防腐能力，保证长时间使用支护效果。

3.2 煤巷主动支护优化

顶板支护：采用7 根Φ22 mm×2400 mm 的KMG500 高强螺纹钢树脂锚杆配合4800 mm（长）×140 mm（宽）×10 mm（厚）的T 型钢带支护，锚杆设计间排距730 mm×800 mm，锚固力不小于190 kN，预紧扭矩不小于300 N·m，锚杆尾部安设一个FZJ-R1/1 单泡让压环让压，护网采用5000 mm×1000 mm 的8#镀锌铁丝菱形网配合高分子塑料网双层网形式。顶板布置29U 型钢锚索梁加强支护，每根梁均匀布置3 根锚索。锚索选用Φ22 mm×6200 mm 高强度低松弛预应力钢绞线及配套锁具，钢梁选用4400 mm 长29U 型钢。锚索设计间排距为2000 mm×1600 mm，设计锚固力不低于240 kN，锚索尾部安设一个FZJ-R1/2 双泡让压环让压。

帮部支护： 巷道两帮各采用5 根Ф20 mm×2500 mm 的KMG500 左旋无纵筋全螺纹锚杆配合长3800 mm（长）×140 mm（宽）×5 mm（厚）的T 型钢带，锚杆间排距850 mm×800 mm，锚固力≥160 kN，锚杆尾部安设一个FZJ-R1/1 单泡让压环让压。护网采用5000 mm×1000 mm 的8#镀锌铁丝菱形网配合高分子塑料网双层网形式。对于沿空巷道，在巷道沿空帮施工一组18#B 槽钢锚索梁加强支护，实体侧施工两根锚索配合托盘加强支护；沿空侧选用Ф22 mm×3500 mm 锚索，实体侧选用Ф22 mm×6200 mm 锚索，锚索梁排距1600 mm，锚索尾部安设一个FZJ-R1/2 双泡让压环让压。

上述支护具体见支护断面图2。

图2 优化后矿井煤巷主动支护断面图（mm）

3.3 支护效果

通过对比同一采区临近的5302 工作面轨道顺槽和5304 工作面轨道顺槽回采期间巷道顶底板和两帮移近量可知：

（1）采用原支护方式的5302 轨道顺槽两帮移近量300～1000 mm，平均600 mm。采用优化后支护方式的5304 轨道顺槽两帮移近量250～500 mm，平均350 mm，相较于原支护方式变形量减小41.6%。

（2）采用原支护方式的5302 轨道顺槽顶底板移近量100～600 mm，平均350 mm。采用优化后支护方式的5304 轨道顺槽顶底板移近量100～400 mm，平均200 mm，相较于原支护方式变形量减小42.8%。

图3 矿井煤巷支护优化前后巷道两帮移近量对比图

4 结论

通过对矿井原有煤巷支护体系的优化和现场实践，回采巷道顶底板移近量减少37.5%，两帮移近量减少42%，支护效果明显。采用优化后的支护体系，可有效控制回采巷道变形量，增强巷道支护强度，充分保障矿井顶板管理安全。