王坪煤矿2309 巷构造带围岩控制技术

张睿伟

（晋能控股朔州煤电公司，山西 朔州 038300）

煤矿生产施工中经常发生冒顶片帮等顶板事故，损失不容忽视[1-3]。矿井在采掘过程中遇到断层、褶曲或陷落柱等地质构造，由于应力场复杂，矿压不稳定，导致原本支护措施受破坏或者失效，很容易酿成事故，制定针对性的支护方案非常必要[4-7]。

1 概况

晋能集团朔州煤电王坪煤矿位于大同煤田中部的东缘，地表大部为第四系黄土覆盖，仅部分沟坡处出露有石炭系太原组和二叠系山西组、上、下石盒子组地层。地层产状较平缓，倾角在3°～14°之间，一般为5°～8°。井田内主体构造为两条与大同向斜轴平行的次级褶曲—小峪向斜和小峪背斜。井田内共发现5 m 及以上断层47 条，其中10 m 以上断层14 条。受区域构造影响，构造以断裂为主，断层较发育，且多以张扭性正断层为主，集中发育在向、背斜轴部，即“先扭后张”。此外，井田内还发育陷落柱8 处和火成岩岩脉15 条。

303 盘区2309 掘进工作面在掘进过程中主要受辉绿岩墙及断层影响，掘进至1569 m 处时，揭露一条H=4.3 m 正断层。接近断层附近，煤岩层出现倾角增大、裂隙发育，多处局部下沉，锚索预应力衰减，锚杆、锚索支护失效现象严重，巷道出现了离层、变形、破碎并伴随着局部冒顶现象。为确保巷道围岩完整和掘进安全，需要进行必要的补强支护。

2 围岩控制措施

303 盘区2309 巷掘进工作面采用锚固剂+锚杆+钢带+锚索联合支护进行补强。

2.1 锚固剂

锚固剂选择及三径配比情况见表1，均采用加长锚固。

表1 锚固剂选择方案

安装树脂药前需要设计好安装的数量和顺序，然后将树脂锚固剂按要求置于锚杆（索）孔中。用专用连接套将树脂药卷和锚杆顶端连接好，缓缓送入钻孔内部，直至孔的底部。为保证其充分发挥作用，需不停转动锚杆均匀搅拌药剂20 s 左右。

2.2 锚杆、锚索选择

1）顶锚杆：钢材型号MG400，由左旋无纵筋螺纹钢加工而成，长度2200 mm，直径20 mm，工艺为等强加工；保证尾部螺纹的破断力达到杆体整体破断力的90%以上，工艺为滚丝加工。303 盘区2309 巷外带规格为5100 mm×220 mm×3 mm的钢带和规格为110 mm×110 mm×10 mm 的钢托盘；303 盘区2309 巷回风联络巷外带规格为3500 mm×220 mm×3 mm 的钢带和规格为110 mm×110 mm×10 mm 的钢托盘；303 盘区2309 巷运料联络巷外带规格为4100 mm×220 mm×3 mm 的钢带和规格为110 mm×110 mm×10 mm 的钢托盘。顶锚杆试验锚固力＞112.5 kN，设计预紧力矩＞250 N·m，锚杆钻孔垂直顶板打设。

2）帮锚杆：钢材型号MG335，长度2000 mm，直径18 mm，杆体和尾部加工工艺以及破断力同顶锚杆。外带规格为250 mm×250 mm×10 mm 的钢托盘。帮锚杆试验锚固力＞76.5 kN，设计预紧力矩＞150 N·m，帮锚杆钻孔垂直巷帮打设。

3）锚索：选用1×7 结构，公称直径为17.8 mm，拉断载荷为355 kN，伸长率为4%，锚具极限拉力≥342 kN。锚索外带钢托盘（Q235 型钢材）规格为250 mm×250 mm×16 mm，屈服强度为235 MPa，伸长率不大于26%。锚索试验锚固力＞285 kN，设计预紧力＞180 kN，锚索钻孔垂直顶板打设。

钻孔前根据规定的间、排距标好位置，根据规定的孔深、角度进行钻孔。钻孔钻好后，用锚杆将锚固剂送至钻孔底部，密实，连接好手持气动式风钻搅拌35～40 s，取下钻机和连接套，待凝固3 min后上好钢托盘、拧上螺帽，再用风动扳手拧紧螺帽，然后用力矩扳手进行检查是否合格。

4）金属网：选用镀锌铁丝编织的菱形网，网孔规格50 mm×50 mm，长度6500 mm，宽度1400 mm，每米使用1.5 卷。

巷道铺设帮网前先支设帮锚杆，然后由外向里展开帮网，最后安设帮锚杆钢托盘。网与网必须搭接牢固，压茬连接，压茬长度为200 mm，每隔200 mm 用14#铁丝扭结2 股，双丝双扣，绑扎牢固，绑死扭结不少于3 圈，扭结接头为双排。做到锚网必须贴紧岩面，不得出现网兜，锚杆托板必须将网压紧、压平。

2.3 支护设计

1）顶板支护。采用锚杆、锚索、金属网联合支护，如图1、图2。顶板支护选用型号为MG400 的左旋无纵径螺纹钢锚杆，锚杆长度2200 mm，直径20 mm，间、排距950 mm×1200 mm，设计预紧力矩＞250 N·m，垂直顶板打设。开口往里0～435.66 m 扩帮、起底段，锚杆外带规格为250 mm×250 mm×10 mm 的钢托板；开口往里435.66～2 273.41 m段，顶锚杆外带规格为5100 mm×220 mm×3 mm的钢带和规格为110 mm×110 mm×10 mm 的钢托盘。顶锚索根据顶煤厚度选择不同长度的1×7 的高强度低松弛预应力钢绞线，直径为17.8 mm，设计预紧力＞180 kN，采用五花布置，垂直顶板打设。第一排2 根，第二排3 根，间排距为1500 mm×2400 mm。当顶煤厚度小于2 m 时，选用4200 mm 锚索；当顶煤厚度在2～4 m 之间时，选用5200 mm 锚索；当顶煤厚度达到4 m 时，选用6200 mm 锚索。外带铁托板规格为250 mm×250 mm×16 mm，并铺设镀锌铁丝编织的菱形网，网孔规格50 mm×50 mm，长度为6500 mm，宽度为1400 mm。

图1 2309 巷补强支护平面图（mm）

图2 2309 巷补强支护断面图（mm）

2）两帮支护。采用MG335 的左旋无纵径螺纹钢锚杆，长度2000 mm，直径18 mm，间、排距1000 mm×1500 mm，设计预紧力矩＞150 N·m，垂直巷帮打设。两帮上排锚杆距顶板为400 mm，外带规格为250 mm×250 mm×10 mm 的钢托盘，并铺设镀锌铁丝编织的菱形网，网孔规格50 mm×50 mm，长度为6500 mm，宽度为1400 mm。如图3。

图3 2309 巷扩帮支护平面图（mm）

2.4 支护强度验算

按单体锚杆悬吊理论计算可得到结果见表2。

表2 支护设计验算取值

由表2 可见，通过对比理论计算值，补强支护实际所选择的参数，均满足支护要求。

3 结论

王坪煤矿2309 巷接近断层、褶曲或陷落柱时，支护失效、巷道变形，制定针对性联合补强支护方案，提高围岩稳定性，后期生产中有效地增加工作面围岩稳定性，顶板变形、下沉以及与底板的相对移近量减少，顶板事故明显减少，保证矿井安全生产。