突出煤层托顶煤石门揭煤支护技术

张 涛，刘红旗

（冀中能源峰峰集团有限公司 羊东矿，河北 邯郸 056201）

1 概 况

羊东矿井田位于太行山支脉—鼓山的东麓，为峰峰集团有限公司所属煤田的中东部，原羊渠河矿井的深部，其行政区划隶属于河北省邯郸市峰峰矿区，2005 年鉴定为煤与瓦斯突出矿井，2 号煤层为突出煤层，该煤层具有瓦斯含量大、压力高的特点[1]。当石门开口层位位于2 号煤层底板下部时，石门揭煤要从巷道顶板穿过6 m 左右厚度煤层至煤层底板[2]，该过程属于留煤假顶掘进，掘进过程中由于煤体松软易碎，若顶板支护不到位容易出现顶板漏垮型冒顶、片帮、瓦斯超限事故。邯邢地区的矿井突出煤层石门揭煤巷道多采用U 钢支护，或采取缩小锚索间排距等手段加强巷道的支护强度。但U 钢支护为被动支护，劳动强度大，效率低，搬运物料风险大；缩小锚杆、锚索支护间排距不能完全杜绝由于煤体松软导致的漏垮型冒顶。针对以上存在的问题，提出通过超前煤体注化学浆加固，巷道迎头打设超前锚杆，依据煤层赋存位置及形态灵活选用长5～11 m 锚索支护，将锚索打设在稳固岩层中的巷道支护方案，通过矿压观测，表明该支护方案能有效杜绝拖煤掘进期间由于顶部煤体松软、破碎导致的冒顶、片帮及瓦斯超限事故。

8206 运料石门掘进工作面东部以下8212 采空区为界，西部以-240 小青大巷为界，南部以-240大巷及主斜绕道为界，北部上8212 采空区为界，石门揭煤托顶煤段巷道层位位于粉砂岩到大煤底板之间，主要岩层为粉砂岩、中粒砂岩、粉砂泥质岩。石门揭煤自距大煤底板5 m 开始执行至摸大煤顶板结束，工程量共计25 m。

2 巷道支护设计

石门揭煤期间巷道采用直墙半圆拱断面，净宽×净高=4.5 m×3.5 m，采用锚网喷支护[3]。锚杆选用L2.4 m、φ20 mm 的全螺纹高强锚杆，间排距为700 mm，螺母扭矩不小于200 N.m，抗拉拔力不小于130 kN[2]。

石门揭煤期间，每天早班打设2 个探测2 号煤层构造的超前探孔，直至石门揭煤工程结束，以控制煤层层位，掌握煤层赋存位置及形态，根据探煤情况，锚索选用φ21.8 mm、L5～11 m 的高强度低松弛钢绞线[2]。锚索布置5 趟，间距1.4 m、排距1.4 m，预紧力不小于250 kN。正顶3 趟锚索配合弧形槽钢垂直掘进方向使用，弧长3.0 m，3 孔布置，孔距1.4 m；两帮2 趟锚索使用直槽钢顺掘进方向使用，长4.0 m，3 孔布置，孔间距1.4 m。当巷道顶板距大煤底板≥8 m 时，使用长度7.5 m 的锚索；当巷道顶板距大煤底板5～8 m 时，使用长度5 m 锚索；当巷道顶板距大煤底板≤5 m，使用长度11 m 的锚索，当巷道顶板距大煤底板≤3 m时，使用10 m 锚索[2]，保证锚索能锚固到顶板稳定岩层中。巷道全断面铺设双层网，里层铺设塑料网，外层使用钢筋网。石门揭煤托煤掘进如图1 所示，锚网索支护如图2 所示。

图1 石门揭煤托煤掘进预想剖面Fig.1 Preconceived section of cross-cut coal uncovering and coal driving

图2 巷道锚网索支护设计示意Fig.2 Support design of roadway anchor cable

3 超前支护方案

超前支护采用打设超前锚杆及向煤体注射有机高分子材料固化煤体的方式加固顶板。

3.1 超前锚杆加固顶板

超前支护锚杆采用长度L2 400 mm、φ20 mm高强锚杆，锚杆间距≤180 mm[2]，锚杆布置于巷道轮廓线下100 mm 位置，与巷道轮廓线成+9°方向进行打设，每掘1.6 m 打设1 次，每循环打设不少于23 根，并采用2 卷K2335 和3 卷Z2335 型树脂锚固剂进行全长锚固，超前锚杆打设如图3、图4所示。

图3 超前锚杆打设Fig.3 Advanced bolt installation

图4 煤体注浆Fig.4 Coal body grouting

3.2 顶部煤体固化加固顶板

托顶煤掘进期间为控制顶部煤体松软造成巷道支护困难，采取注有机分子材料（化学浆） 的方式超前加固顶板，以提高煤体强度和完整性。注浆材料为凝聚Ⅰ号A 组分，凝聚Ⅰ号B 组分。配比为1∶1。设计单排注浆孔4 个，每孔孔深5 m，注浆管4 号钢管，长度4 m，封孔段长1.5 m，孔径28 mm，孔间距1 m。注浆孔开孔位置布置在巷道顶部轮廓线内侧300 mm 处，顺巷道方向打设，垂直打设角度为27°～45°，水平打设角度分别为6°、16°，注浆循环内控制煤体厚度3 500 mm，宽度8 100 mm，单孔浆液有效扩散半径为1.2 m，注浆量为108 kg。煤体注浆情况如4 所示。

每班注完浆后，必须进行注水并对施工区域打设穿透性散热钻孔，注水设计孔深5 m，注水管长4～4.5 m，封孔段长1.5 m，孔径28 mm，孔间距1 000 mm，均匀布置在注浆孔两侧各500 mm处。注水孔顺巷道方向打设，角度与注浆孔保持一致。穿透性散热钻孔数量不少于3 个/m2。

4 石门揭煤巷道矿压观测

8206 石门揭煤巷道移近量观测采用“十字布点法”进行观测，如图5 所示，每5 m 设置1 个测点，共设置5 个，石门揭煤自8 月20 日开始至9月12 日结束，连续观测3 个月，巷道移近量变化最大值统计结果见表1。

表1 巷道移近量观测统计结果Table 1 Statistical results of roadway convergence observation

图5 十字布点法示意Fig.5 Signature of cross pointing method

通过井下现场观测，托顶煤石门揭煤巷道成型良好，未出现帮鼓、网兜及顶板开裂情况，锚杆、锚索拉拔力均符合要求，巷道顶底板及两帮最大移近量控制在22 mm，变形量控制在设计范围内。

5 结 论

（1） 采用托顶煤煤体注射化学浆加固，可改变托顶煤煤体松散结构，提高煤体粘聚力和内摩擦角，迎头巷道打设超前锚杆，巷道全断面铺设双层塑料网，杜绝了石门揭煤掘进期间由于顶煤破碎导致漏垮型冒顶、瓦斯超限事故。

（2） 石门揭煤期间，根据打设探眼情况，掌握煤层赋存位置及形态，灵活选取5～11 m 长度锚索，可将锚索稳固在稳定岩层中，为锚索提供可靠着力基础。

（3） 通过对巷道表面收敛观测，锚杆、锚索拉拔力测试，矿压观测结果表明巷道变形量在设计允许范围内，实现了快速、安全、高效揭煤。该石门揭煤巷道支护方案较传统U 钢支护，具有劳动强度底、成本低、施工速度快，安全可靠等优点，已成功运用于羊东矿8268 运煤石门、8206 运料石门揭煤工作面中，具有推广价值。