陈凤安

（中煤大屯公司徐庄煤矿 江苏 沛县 221611）

1 工程设计概况

1.1 立题背景

大屯公司徐庄煤矿煤巷锚网支护一直根据锚杆支护的悬吊理论和组合梁理论而进行设计，采用矩形或梯形断面，该类断面在巷道断面较小、埋深浅、地应力较小时比较合理，且施工方便。在该矿-400水平以上巷道使用比较普遍，取得了比较好的效果；但随着开采深度的增加、且为提高资源回收率而致使断层保护煤柱的缩小，使工作面上下两道布置往往位于压力集中区和破碎带，此时沿用原设计的矩形断面与梯形断面就会导致巷道支护失效、维修量大增，并对安全生产构成威胁，如该矿7195工作面材料道、7230工作面材料道和溜子道等巷道在掘进过程中匀经常出现了煤体破碎、顶板离层、顶帮移近量增大、网包、锚杆失效、锚索退索等现象发生，尽管在施工过程中采取减小锚杆锚索间排距、增打点柱、锚架结合等加强支护措施，但仍难以控制住巷道的变形。如7195工作面材料道2006年11月初开始掘进，开始掘进时巷道成型就很难控制，经常出现掉顶现象，巷道缓慢变形，掘进400m后，从材料道口开始向里连续出现了顶板下沉、两帮向巷中明显位移，局部锚杆托盘被挤压变形甚至翻转现象，导致迎头不得不停止掘进，而对后部巷道进行修复以便再掘，采取刷帮扩巷、重新打锚杆、套棚、卧底方法进行修复，耗时约16天，消耗锚杆、工字钢棚、及金属网等支护材料近20万元。该巷道掘进完工后又安排巷修队伍对整条已掘巷道所有发生变形处采取套架棚、打木点柱、补打锚杆方法进行修复巷道350米，其中套架棚260米，消耗材料40余万元；采煤队在回采过程中边回采边修复维护巷道，对损坏的金属棚进行即时更换，卧底403米，最后巷道断面才勉强满足生产需要，严重制约生产，阻碍产量进一步提高，每米巷道支护成本合计超过4000元，增加了巷道施工成本。

1.2 设计改进方案

根据以上现状，查阅有关资料与技术分析研究，矿决定在煤巷施工中尝试使用新的锚杆支护理论：加固拱理论，改变巷道断面形状，由矩形改为拱形，以改善围岩受力状况。首先在与7195材料道地质条件相似的7198综放工作面材料道、溜子道实施。

矩形断面示意图

7198综放工作面原巷道设计方案如下，材料道、溜子道及切眼均采用矩形断面，跟底掘进，锚网支护，“M”钢带配锚索补强支护。毛断面规格：材料道宽4200*高2500mm、溜子道宽4400*高2500mm、切眼宽4200*高2500mm。

通过对7195工作面材料道、7230工作面材料道和溜子道等巷道在使用过程中的总结分析，若还采用原设计方案，不能保证有效控制巷道变形，维护工程量将加大，显然不适宜。通过调查研究，巷道冒落后自然拱的形状分析，根据物体的三向受力的特性，抗压强度＞抗剪强度＞抗拉强度，改变巷道断面形状，使顶部煤体的受力状况由受拉变为受压，这样采用三心拱断面可以充分利用煤体本身的强度，大幅度提高巷道受力性能。

将原矩形改用三心拱断面，其断面规格分别为：材料道毛宽4200mm，溜子道毛宽4400mm，毛中高匀为2800mm，帮高匀为1800mm，大拱半径3458mm，小拱半径554mm。（如下图）

修改后三心拱断面示意图

1.3 修改设计后断面支护参数

选用MGL20/2000/550/20型螺纹锚杆，材质 HBR335，顶及帮锚杆间、排距匀为750*800mm，每杆锚杆配一支MSCK23/60树脂锚固剂；补强支护锚索配“M”钢带，锚索选用SKL17.8/1*7/7250/1200/1860/17，锚索间、排距1500*3200mm,每根锚索配2支树脂锚固剂；“M”钢带长3400mm；顶铺点焊网片，规格φ4.5mm/2250*900mm/60*60mm，两帮铺钢塑网。

2 设计方案实施及效果小结

7198工作面溜子道联络巷于2008年12月份初开始施工，2009年元月份施工完工溜子道联络巷后进入溜子道,就开始实施拱形断面施工方案。因该巷道紧靠落差15米F14大断面布置，断层走向与巷道走向基本一致，在施工过程中多次揭露小断层面，巷道压力显现大、顶板破碎，给施工带来一定困难。巷道采用EBZ-135综掘机掘进，在掘进过程中，顶板经常出现大面积掉煤现象，通过采取缩小循环进度、加密锚索，即锚索排距由原来3200mm改为1600mm,以及在顶板特别破带区采取先用掘进机切割一半巷道断面铺网支护好后再割另一半的施工方法掘进，有效地控制了迎头巷道顶板，保证掘进正常施工，月平均进尺285m,与矩形断面施工进度基本一致，即采用拱形断面与矩形断面相比单进水平没有受到影响。到2009年四月初完成了860米整条巷道的施工。

从巷道完工至2009年12月始终没有对该巷道进行修复，巷道变形较小,完全满足生产需要，工作面割煤机、液压支架、皮带等综采设备在2009年12月底安装完成后开始试生产，在2010年度正式回采期间，通过观察比较分析总结，采用三心拱断面巷道的受力性能明显优于矩形断面巷道，综合比较有以下优点：

2.1 有利于截割，肩部成形较好；

2.2 顶肩成拱形，受力由顶部向两帮分解，受力性能较好；

2.3 在应力集中区的肩部提高了抗剪切能力，不易出现顶板切断；

2.4 减少顶肩部网包的形成；

2.5 相对增加了顶部有效锚杆的锚固深度；

2.6 延长了巷道的使用寿命，减少巷道的二次维护，极大节约巷道维修费用；

2.7 支护安全更得到保障；

2.8 在工作面回采时，由于两道抗压能力强，巷道不易变形,从而减小维护量；

2.9 由于拱部较平顶断面增高，较半圆拱低，既能保障有足够的巷道中高，又能解决回采时因巷道过高超前支护难的问题。

该矿因受地质条件所限，断层较多，煤层开采已逐步向深部水平延伸，相当一部分工作面布置在断层破碎带、应力集中区，单纯依靠增加支护难以解决巷道受压变形问题，通过对7198综放工作面巷道设计方案改用三心拱断面的实施、观察与分析总结，煤巷采用三心拱断面能有效改善巷道的受力性能，减小巷道变形量，为下一步解决深步开采设计巷道断面提供了可靠的实际依据，且具有较大推广应用价值。