文/吴良胜,淮南矿业集团丁集煤矿

深井中厚煤层沿空掘巷锚索网联合支护技术

文/吴良胜,淮南矿业集团丁集煤矿

介绍了锚索（粱）、桁架锚索（粱）、注浆锚索、M钢带、锚杆和金属网联合支护技术在深井中厚煤层沿空掘巷掘进工作面的成功支护经验，从施工设备及工艺、技术经济、效果验证方面进行了分析和对比，并对丁集煤矿1242（1）运顺在掘进期间矿压显现规律及回采时顶板下沉、煤帮位移及工作面超前压力的显现进行了总结，整体顶、帮支护达到预期效果。

深井；中厚煤层；联合支护；最大化；注浆锚索

1 概述

11－2号煤层是淮南矿区丁集煤矿主采煤层，由于埋深大，92 0m，垂直应力大[1]，侧压系数约1.3（西翼－910m地应力测试结论），沿空掘进巷道顶板及煤柱侧帮支护困难；另外采场的连续开采，采空区侧未稳定1～2年[2]就需沿空掘进，直接影响安全生产。2013年在11－2号煤层1242（1）工作面运输顺槽采取的锚索网联合支护，技术经济效益显著。该巷道经受住回采动压的考验，成功回采，各方面技术指标均满足高产高效需要。

2 沿空掘巷巷道支护的技术分析及对策

2.1 巷道支护技术分析

2.1.1 巷道埋藏深、地压大。巷道地层压力的增大，将不仅导致巷道围岩变形范围和变形程度增大，而且巷道围岩变形具有明显的时间效应、空间效应、易受扰动、易受冲击等深井矿压显现特点。

2.1.2 局部11-2煤层与11-3煤层间距大。由1242（1）综采面运输顺槽区域内钻孔资料分析可知，巷道直接顶由砂质泥岩或泥岩及11-3煤层组成，直接顶泥岩不仅裂隙及滑面发育，较破碎，而且11-2煤顶板普遍发育11-3煤，局部区段11-2煤与11-3煤层间距为3.6～4.6m，11-2煤层顶板煤线的存在不仅导致锚杆难以生根到稳定岩层内，而且还易引起顶板离层跨落。

2.1.3 上区段工作面收作时间短，其上覆岩层还未处于稳定。巷道南侧的1252(1)工作面于2012年10月收作，收作时间不到3个月，因此其上覆岩层还未趋于稳定状态。在上覆岩层不稳定的采空区边缘掘进巷道，由于围岩应力环境复杂，不仅巷道围岩整体稳定性急剧变差，而且巷道围岩与支护体共同承载作用降低，巷道围岩塑性区及破坏范围也显著增加，巷道变形、片帮严重，支护难度加大。

2.1.4 巷道掘进距离长、断面大。运输顺槽掘进长度1884m、净断面5.8×3.4＝19.72 m2（预留了变形量），因此对巷道的支护强度及对巷道围岩的长期稳定性要求较高。

2.2 巷道支护对策

2.2.1 优化围岩结构

由于1242（1）运顺11-2煤层顶板普遍发育11-3煤，而11-3煤线厚0.3～1.0m，平均0.5m，与11-2煤间距为0.6～5.1m。巷道顶板上方煤线的存在不仅易引起顶板破碎，而且还可能导致顶板离层冒落，为了避免在巷道支护过程中因顶板破碎而出现网兜及离层现象，必须要优化顶板围岩结构：当11-2煤层与11-3煤层间距大于1m要求巷道跟11-2煤层顶板掘进；当11-2煤层与11-3煤层间距小于1m则要求巷道跟11-3煤层顶板掘进。

2.2.2 锚杆与锚索均采用组合支护

其目的，一是为了增大锚杆和锚索的护表面积，减轻单体锚杆和锚索因与围岩局部接触产生的点载荷作用而造成围岩挤压破坏；二是为了提高顶板支护的整体性，从而有利于维护顶板的完整。

2.2.3 一次支护最大化

预应力支护的大小对顶板稳定性具有决定性的作用，当预拉力达到一定程度时，可以使顶板岩层处于横向状态，形成预应力承载结构；通过锚杆、锚索参数和预拉力的合理配置可以使锚杆、锚索长度之内和之外的上覆顶板岩层离层控制在安全范围；通过锚杆、锚索的高预拉力，使垂直压力均化到巷道两侧纵深范围，巷道两侧的压力集中现象减小，片帮的现象缓和，便于帮部维护[3]。

通过对围岩提供大的约束力，从而可有效地控制巷道围岩的变形和破坏，实现支护有效化。

2.2.4 两侧帮注浆、桁架锚索支护

通过注浆锚索的锚注作用可以提高岩体的黏结力和内摩擦角，为锚索提供可靠的着力基础，增强煤体的内部约束力（化学键力、分子间作用力、界面静电引力、机械作用力[4]），从而显著地提高小煤柱的残余强度。采用注浆锚索实现全长锚固与端部锚固锚索突出的优点在于它的锚固强度高，不至于由于端部岩体破坏而失效，最大限度地提高煤体的整体性和支护的及时性。

2.2.5 增加巷道断面预留量

在上覆岩层不稳定的采空区边缘掘进巷道，由于围岩应力环境复杂，巷道掘进初期围岩变形十分剧烈，为了保证巷道断面在经过强烈动压影响后仍能满足生产要求，为此不仅需要增加巷道的支护强度，而且还需要增加巷道断面预留量。

2.3 沿空掘巷锚网索联合支护方案

1242（1）运顺巷道选择为矩行断面，净宽5.8m，净高3.4m，净断面积19.72m2。

3 施工设备及工艺

巷道掘进所采用的设备有EBZ160型综掘机、DSJ-800型底运式运输机；SQ-90无极绳绞车；施工锚杆、锚索的MQT-130型锚杆钻机，施工帮锚杆、锚索的ZM-60型风煤钻；ZLJ-2.5型综掘机机载临时支护，矿自研制的综掘机拖缆装置；顶板锚索涨拉选用综掘机机载ZY550锚索涨拉增压装置（最大压力 50MPa），帮锚索涨拉选用MQ22-300/60风动锚索张拉机具。注浆选用液压注浆泵，最大注浆压力：16 MPa。

1242（1）运顺采用综掘机掘进、带式输送机运煤、机载临时支护护顶、单体锚杆钻机进行锚杆锚索施工、机载锚索涨拉装置涨拉锚索的机械化一次成巷施工工艺，多工序平行作业。

4 掘进期间安全保障措施、矿压观测、支护效果及技术经济分析

巷道掘进期间，每50m安设一个矿压观测站，对锚杆、锚索的受力、顶板离层（浅部、深部）、顶底板及两帮移近量进行观测，且每50m进行一次顶板岩性探测，探测深度不小于10m。观测频数严格按设计的要求进行。根据施工锚索及探测的顶板岩性情况，对于岩石相变区域，及时调整锚索长度，确保锚索生根在承载层中。预警：根据丁集矿的深部矿压显现规律及施工经验，顶板离层值设置为80mm。观测资料表明，顶板锚索最大受力为260KN，顶锚杆最大受力为110KN，帮锚杆最大受力80KN，约占测站数的3%；断锚的锚杆、锚索在巷道掘进期间出现，极少，属剪切断裂（锚杆主要发生在帮部肩窝处，锚索发生在顶板不平整处，被钢带和锚索粱直接剪断）；，深部离层量最大75mm，发生在泥岩顶板较厚段；煤柱侧帮最大移近量400mm,工作面侧帮最大移近量350mm，整体煤柱侧帮位移较工作面侧帮位移大100mm，但在向斜和小构造区域，煤柱侧帮最大移近量达700mm，工作面侧帮最大移近量达550mm；顶、底板移近量最大800mm。巷道施工结束后，整体效果看，满足采煤工作面安装、回采需要。煤柱经过注浆锚索注浆后，没有出现采空区防火问题。

5 结语

5.1 顶板锚索的破坏是由于剪切破坏，没有发现被拉断的现象，说明锚索的钢材的延伸率需要提高，需要提高钢绞线的韧性，或者研究使用球型锚具和配套托盘，使现场施工的锚索始终做到锚具和钢绞线的轴心相同而减少锚索受剪切发生的破断。

5.2 锚网支护的材料全是金属材料，由于井下的湿度大，锈蚀现象严重，材料（经济适用型）的抗腐蚀性能需要提高，为煤巷全锚网支护巷道长时间服务提供安全保障。

5.3 深井的地压和浅部的地压显现差异大，通过锚索粱的运用，形成组合粱，为巷道支护提供整体支护刚度，对防止深井动压、冲击矿压事故，提供安全保障。

5.4 注浆锚索加固支护技术，经济、技术上可行，安全上可靠，为深井巷道煤柱的支护及防火、瓦斯，提供了行之有效，多快好省的技术途径。

[1]蔡美峰.岩石力学与工程[M].北京：科学出版社，2002（133）.

[2]钱鸣高，刘听成.矿山压力及其控制[M].北京：煤炭工业出版社，1984（166）.

吴良胜（1980—），男，安徽枞阳人。工程师，2005年毕业于安徽理工大学，一直从事采掘生产安全管理工作。