曹文华

（霍州煤电集团吕临能化有限公司庞庞塔煤矿， 山西 吕梁 033200）

引言

煤矿安全生产一直以来备受煤矿企业和操作人员的关注。影响煤矿安全的主要因素包括巷道的支护效果、配套的解决工作面瓦斯、透水事故的能力等。煤矿工作面巷道的支护效果直接决定巷道围岩的稳定性和变形量。目前，煤矿实际生产中可采用复合支护、组合支护、耦合支护以及联合支护等理论或者相关技术完成对工作面巷道的支护[1]。但是，为提升巷道支护效果常通过叠加支护方式的形式实现，而缺乏对锚固体锚杆协同支护的研究。本文重点对锚固体锚杆的协同支护试验进行研究。

1 39114 工作面工程概况

本文所研究矿井的生产能力为240 万t/年，其开采方式为竖井开采，包括有主井、副井和风井。本文对该矿井39114 工作面巷道进行研究。经探测，39114 工作面巷道的煤层、地质条件具体描述如下：

39114 工作面巷道煤层的厚度为1.1～3 m，煤层平均厚度为2 m；煤层的倾角范围为2°～6°，煤层平均倾角为4°。工作面的地质条件如表1 所示：

表1 矿区39114 工作面工作面地质条件

除上述参数，39114 工作面工作面瓦斯的绝对涌出量为0.23 m3/min；二氧化碳的绝对涌出量0.32 m3/min。总的来讲，39114 工作面巷道顶板处于裂隙发育状态，且相对松软容易破碎；39114 工作面巷道的埋藏深度较大，地质构造复杂。

2 39114 工作面原支护方案

39114 工作面原所采用的支护方案是根据相邻工作面的支护参数所设计的，具体如下：

1）39114 工作面顶板采用锚索进行永久支护，锚索的直径为15.4 mm，锚索长度采用两种规格。其中，3 200 mm 长的锚索的间距为800 mm，排距为800 mm；8 200 mm 长的锚索的间距为1 600 mm，排距为2 400 mm。

2）39114 工作面两帮采用锚杆挂网进行支护，所布置的第一层锚杆距离巷道顶板的距离为2 500 mm，锚杆的排距为800 mm，间距为950 mm；最后一层锚杆距离巷道底板的距离为250 mm，对应的锚杆的间距和排距均为800 mm。

3 39114 工作面巷道支护存在的问题

39114 工作面在去年生产时发生一次较为严重的冒顶事故，经现场分析和沟通交流的基础上对原支护方案及施工所存在的问题总结如下：

1）39114 工作面巷道采用锚索支护，其不能够与围岩的变形协同。当锚索的作用范围超过5 m 时，在围岩应力的作用下导致其被拉断。

2）39114 工作面巷道所采用的锚索支护，其对应的锚固力不足。实践表明，当张拉力超过20 MPa 出现锚索被拉脱的情况。总得来讲，39114 工作面出现冒顶事故的主要原因是由于锚固力不足所导致。

3）39114 工作面巷道锚索分布均匀，同时由于在实际施工过程中锚固剂凝结速度过快导致锚索的外露长度过于长。

总得来讲，导致39114 工作面出现冒顶事故的关键原因可总结为锚索预紧力不足、锚固力不足，对应的巷道锚固结构分布不合理以及在实际施工不规范所导致[2]。为解决上述问题，本文拟采用锚固体锚杆协同支护的方式对39114 工作面进行支护，并对支护效果进行验证。

4 锚固体锚杆协同支护试验及效果评估

4.1 锚固体锚杆协同支护设计原则

为保证最终锚固体锚杆的支护效果，锚固体锚杆支护方案的设计需遵循如下原则：

1）为保证锚固体与锚杆的协同作用效果，锚杆的预紧力并不是越大越好。当锚杆预紧力过大时，锚固体与锚杆的协同效应会变差。因此，需根据地质条件选择最佳的锚固预紧力。

2）从理论上讲，锚杆越长越能够提升其与围岩的协同效应。但是，综合现场施工的方便性和经济性需确定合理的锚固长度。

3）锚杆的钻装角度也是其与围岩协同效应的主要因素，一般将钻装角度确定为90°以保证最佳的协同效应。

4）同样，锚杆密度需综合锚杆与围岩的协同效应和成本综合确定。

4.2 锚固体锚杆支护方案的设计

综合上述锚固体锚杆支护设计的原则和39114工作面顶板的实际条件，设计如下锚固体锚杆支护方案：

1）工作面顶板采用直径为20 mm，长度为2 500 mm 的高强锚杆进行支护。其中，锚杆间距和排距均为800 mm。

2）工作面低帮同样采用直径为20 mm，长度为2 500 mm 的高强锚杆进行支护。其中，锚杆间距和排距均为800 mm；上帮锚杆与水平线的夹角为15°，下帮锚杆与水平线的夹角为45°。

3）工作面高帮同样采用直径为20 mm，长度为2 500 mm 的高强锚杆进行支护。其中，锚杆间距为800 mm，排距均为900 mm；上帮锚杆与水平线的夹角为15°，下帮锚杆与水平线的夹角为30°。

4）在上述基础上采用直径为18.9 mm，长度为8 200 mm 的锚索进行支护，布置方式为3-3-3,；锚索的间距为1 800 mm，排距为1 600 mm。

39114 工作面锚固体锚杆协同支护设计如图1所示。

图1 39114 工作面锚固体锚杆协同支护方案（单位：mm）

4.3 锚固体锚杆协同支护效果评估

为验证锚固体锚杆协同支护对工作面巷道围岩的控制效果和稳定性作用，对锚固体锚杆支护方案实施80 d 后顶板及两帮的位移量和下沉或移近速率进行测试，测试结果分别如表2、表3 所示：

表2 顶板下沉量及下沉速率

表3 两帮移近量及移近速率

如表2、表3 所示，39114 工作面采用锚固体锚杆支护方案后，顶板及两帮的移近量随着距离的增加而减少；而且，顶板的下沉速率和两帮的移近速率接近为0，即在锚固体锚杆协同支护下对工作面围岩控制效果最好。

5 结语

一直以来，煤矿综采工作面巷道的支护效果是保证工作面安全生产的直接因素。不同地质条件、矿压显现规律的工作面需综合成本、实施及围岩控制效果确定[3-5]。鉴于39114 工作面生产中出现严重冒顶的事故，本文对原支护方案下的问题进行分析，并结合锚固体锚杆支护原则对支护方案进行优化。39114 工作面采用锚固体锚杆协同支护方案80 d后，工作面顶板和两帮的围岩的下沉量和移近量减小，且得到有效控制，保证了工作面的安全生产。