王钰 李罡 田新 王成文

摘 要：锚网索支护是煤矿井下普遍使用的一种支护，优点是成本低、施工快、支护效果好，但在特殊地点存在支护效果不理想，甚至可能因支护不达标造成顶板事故。本文提出的复合支护既解决了特殊地点锚网索支护问题，也便于回收重复利用，符合现在煤炭企业增收节支的理念。

关键词：锚网索;支护;顶板

中图分类号：TD353 文献标识码：A 文章编号：1003-5168（2019）17-0110-03

Abstract： Anchor mesh cable support is a kind of support commonly used in coal mine. Its main advantages are low cost， fast construction and good support effect， but there will be unsatisfactory support effect in special places， and even roof accidents may be caused by substandard support. The composite support proposed in this paper  not only solves the problem of anchor mesh cable support in special places， but also is convenient for recovery and reuse， which is in line with the concept of increasing revenue and saving expenditure in coal enterprises.

Keywords： anchor mesh cable;support;roof

煤矿井下巷道支护的合理选择关系着整个开采过程的安全生产。随着煤矿开采深度和开采强度不断增加，对煤矿巷道支护技术所起到的安全作用提出了更高要求。我国煤炭开采历史悠久，支护也经历了多次变革，主要有棚式支护（木棚、工字钢棚）、砌碹支护、U型钢支护、锚杆支护、锚索支护等。随着开采成本增加，需要在井下不同条件下选择成本低且支护强度符合要求的支护方式。锚网索支护是大部分矿井使用的一种支护方式，具有以下几点优点：一是劳动强度低、施工速度快，符合目前矿井快速掘进、快速支护的要求，能提高掘进速度，缩短掘进工期;二是支护效果好，能够通过提高围岩自稳能力来提高巷道围岩强度，对于成层、含裂隙岩体都有较好的效果;三是适用范围广，通过改变锚杆长度、直径、间排距、锚杆端部的桁架联系，结合锚索、梯子梁、喷砼等基本适用大部分范围;四是支护成本低，符合现有煤炭行业节支增效形式。但锚网索支护也存在以下缺点：一是支护范围仍有局限，达不到三软煤层支护强度;二是锚网索支护巷道围岩活动状况具有隐蔽性，围岩的破坏失稳一般没有明显预兆，不易被人们察觉，顶板的破坏失稳往往具有突发性且冒落规模较大[1]。

1 矿井基本情况

千秋煤矿位于义马市南1～2km，是河南大有能源股份有限公司骨干矿井之一，矿井东邻北露天矿和跃进煤矿，西接耿村煤矿，北以煤层露头线为界，南以F16断层为界。井田走向长4.0～8.5km，倾斜长1.4～4.0km，面积17.645km2。井田含煤地层为中侏罗统义马组，井田内可采煤层由上而下发育有2-1煤、2-3煤（2-1煤和2-3煤合并后统称为2-3煤）。

千秋煤矿为高瓦斯、冲击地压矿井，开采煤层为一类自燃。为降低冲击地压给矿井安全生产带来的影响，矿井在2016年恢复生产后，经研究决定，实施战略转移，暂停二水平生产活动，将采掘活动在由二水平转移至一水平（+320m水平），在+320m水平大巷煤柱布置MZ101综采工作面[2]。

2 工作面概况

2.1 地面相对位置及邻近采区开采情况

MZ101工作面上巷对应地表为丘陵，起伏较大，无村庄、水体。MZ101工作面上巷位于+320m水平大巷煤柱内，北邻+320m水平总回风巷、山韭沟新建矿，南邻+320m水平大巷、18091、18092工作面（已采），西邻姚四下山煤柱。地面标高+506～+588.9m，工作面标高+297.9～+352.5m，平均采深222.1m。

2.2 煤层赋存特征

2.2.1 煤层。MZ101工作面上巷布置在二煤层中，沿2-3煤层底板掘进。二煤层含2-1煤、2-3煤两层煤，层间距1.2～2.3m，全煤层有益煤厚为5.6～9.8m，平均8.5m，煤层厚度变化区间大，自北向南，自东向西逐渐增厚，可采性指数Km=1，为较稳定型厚煤层。

2-1煤为黑色块状及粉末状，半亮型，结构复杂，含夹矸2-5层。夹矸主要为细砂岩、粉砂岩、泥岩，含矸率高，全层厚度5.2～10.5m，厚度变化较大。

2-3煤为黑色小块状及粉末状，半亮型，半暗型，结构复杂，含炭质泥岩夹矸3～5层。夹矸主要为细砂岩、粉砂岩、泥岩，全层厚度4.1～9.0m，厚度变化较大。

2.2.2 顶底板。二煤煤层直接顶为深灰色致密状泥岩，井田内由东向西逐渐变厚。老顶下部为泥岩、砂岩、砾岩互层，上部为厚层砾岩层。煤层底板在井田东部、西部以浅为砾岩，西部以深砾岩变薄，并渐变为黏土岩。结合MZ101工作面区域已有的钻孔柱状图，对MZ101工作面区域煤岩层分布综合分析如下。

2-1煤煤层直接顶为深灰色致密块状泥岩、性脆易断，断口呈平坦状，含植物化石碎片，间夹极薄层细砂岩、粉砂岩，厚度1.5～4.6m，由東向西逐渐变厚，平均厚度1.2m，分布较稳定。老顶为砾岩，平均厚度37.2m。煤层底板为细砂岩，厚度1.2～2.3m。老底为粉砂岩、泥岩、细砂岩、砾岩互层，泥质胶结，厚度120.2～253m，平均厚度186.6m。

2-3煤煤层直接顶板为细砂岩，厚度1.2～2.3m。煤层直接底为灰色、深灰色砾岩，致密块状，间夹细砂岩、粉砂岩薄层，砾石成分以石英岩、石英砂岩为主，砾径16～120mm，呈次核状至次圆状，分选性差，为泥质-基底式胶结，厚度3.7～10m，平均厚度8.7m;老底为灰色细砂岩，夹深灰色泥岩条带，发育多组压性裂隙，厚度大于10m。

2.2.3 地质构造。在MZ101工作面上巷设计停采线以西478m处见F3-7正断层，产状288°∠50°～75°，落差1.7～2.7m，对MZ101工作面上巷掘进有一定影响。MZ101掘进工作面上巷东部有一宽缓、不对称的向斜，向斜枢纽倾伏方向310°，倾伏角6°～9°，即该向斜枢纽由浅部向深部N27°E延伸，对煤层产状有一定影响，局部煤体较破碎。

2.3 巷道断面

MZ101工作面上巷巷道设计为微拱形断面，净宽5.5m，净高3.5m，净断面积16.06㎡，设计腰线至底板高度1.2m。

MZ101工作面上巷采用全断面锚网索支护方式。经过支护参数设计，根据经验和现有材料，锚杆采用直径22mm普通螺纹钢左旋锚杆（屈服极限335MPa），锚杆长度取2.4m，间排距1 000mm×1 000mm，每排使用11根，锚杆预紧扭矩不小于300N·m，锚固力不小于127kN。锚索支护参数采用经验类比法选取，MZ101工作面上巷宽度5.5m，采用直径17.8mm×6.3m普通预应力钢绞线锚索。锚索锚固力不小于260kN，间排距2 000×2 000mm，每排数量3根满足安全要求。

MZ101工作面上巷自2017年1月开始施工，于2017年10月建成，上巷400～480m及东部区段受地质构造影响，顶板破碎，在掘进时曾因支护不到位，发生过小冒顶，在采取普通加强支护3个月后曾出现顶板下沉现象。MZ101工作面上巷掘进期间过老巷7条，其中，3条平交，过老巷段顶板破碎，锚网索支护也不理想。

3 复合加强支护设计

MZ101工作面上巷400～480m顶煤破碎段和过老巷段顶板不稳定，为锚网索支护不可靠地段。因此，为了保证巷道支护科学合理，在锚网索支护不能满足安全生产需要时及时采取复合支护加强顶板管理。经过多年支护经验和多次支护试验，对比架设全断面36U型微拱梁、巷道两侧双液压抬棚等支护优缺点，最终采用了“新型36U型微拱梁+单体液压支柱”支护形式[3]。

3.1 优缺点对比

3.1.1 方案1。架设全断面36U型微拱梁。优点：全断面支架，支护范围大。缺点：①单独采用全断面36U型微拱梁，时间长、来压时可能造成局部支护变形;②支护费用高;③安装、拆除、运输时劳动强度大，耗费时间长。

3.2.2 方案2。巷道两侧双液压抬棚。优点：支护强度大。缺点：①支护费用高;②支护处支护强度大，抬棚之间及两侧支护弱，支护范围较全断面36U型微拱梁小。

3.2.3 方案3。新型36U型微拱梁+单体液压支柱。优点：腿梁更易搭接，后期回采时，拆棚速度快，省时省力，且支护强度可以满足现场安全需要。缺点：巷道两侧支护强度较低，在巷道两帮来压后或维护不到位，易出现单体支柱歪斜或卸载，需定期检查维护。

经对比，最终采用了“新型36U型微拱梁+单体液压支柱”支护形式。

3.2 新型36U型微拱梁+单体液压支柱

架设36U型微拱梁配单体液压柱支护，一梁两柱，单体液压柱采用DW38-250/110LX单体液压柱，棚距0.8m;柱窝0.2m。单体柱及液压抬棚打设后采取可靠防倒措施，单体柱与微拱梁采用不小于13mm钢丝绳配绳卡子捆绑防倒，单体液压支柱初撑力不能小于90kN。

3.2.1 支护断面图。支护断面图如图1所示。

<C：＼Users＼hnkj＼Desktop＼河南科技（创新驱动）2019年第17期_103970＼Image＼image1_1_2.png>[5 500][4 500][3 500][南帮][单体支柱][风筒][1 000][36U型微拱梁][单体支柱][液压抬棚][450][北帮]

图1 MZ101上巷架棚支护图

3.2.2 施工方案。架设36U型微拱梁配单体液压柱，先对顶板下沉严重段架设进行加强支护，架设微拱梁后，重新升紧液压抬棚，达到支护强度，逐架进行。

3.2.3 架棚技术要求。①36U型微拱梁，间距误差不大于50mm，梁水平度不大于40mm，支架梁扭矩不大于50mm，前倾后仰不大于1°。②原则上不动顶，巷道肩膀头及帮上有网兜、渣包及时剪网放掉，若锚杆失效，及时补打锚杆支护，并对周围的锚杆重新紧固达到要求。③上帮（行人侧）单体柱垂直打设后距道轨不得低于0.45m，下帮单体柱可倾斜打设，铁管子及风筒要在巷道南帮。④架棚不得出现前倾后仰、调斜现象，柱脚加垫木，中腰线误差不得超过±50mm;严禁空顶，出现空顶距离超过200mm以上时用圆木、半圆木绞架背顶，背牢背实。⑤架棚施工工艺：施工前准备—挖柱窝—降液压抬棚—上梁—升紧液压抬棚—竖单体柱—安装防倒绳。

4 其他预防措施

4.1 加强施工现场管理，抓好锚杆锚网的安装质量

施工打眼时，要严格按标记深度钻眼，锚杆眼的深度应小于锚杆长度50mm，误差不超过10mm，以利于安装后托板紧贴煤壁面。锚杆锚索安装必须按照作业规程规定的施工操作程序进行，预紧力必须达到设计要求，托盘要紧贴煤壁面。在条件变化地带，要根据现场实际情况调整支护密度增加支护强度。

4.2 顶板离层观测

顶板离层仪用于监测巷道顶板、巷帮的围岩层分离产生的位移，作为顶板安全管理技术的一项措施，为锚杆支护的设计及工程经验积累提供可靠数据依据。为了准确反映顶板的变化情况，在巷道拐点前30m安装顶板离层仪，以后每隔50m安装一个，施工单位记录好原始数据。距迎头50m（含50m）以内每天观测一次;50m以外每周观测一次，观测点实行挂牌管理，专人负责观测数据，建立观测档案。生产技术管理部门对观测数据随时进行认真对比分析，总结顶板变化的规律性，主要确定巷道顶板下沉等现象。若顶板下沉量超过10mm/d，应采取加强复合加强支护措施进行处理。

5 结语

此加强复合支护在MZ101工作面掘进时解决了支护强度弱的问题，经过使用，完全满足现场安全生产需要。通过加强复合支护，并推广应用到矿井其他巷道丁字口、十字头、地质条件变化带、过老巷段、钻场口等锚网索支护强度达不到的地段，不仅增加了支护强度、控制了顶板、减少了重复扩修，而且此加强复合支护可快速投入使用、可重复使用，减少材料投入，符合现在煤炭企业增收节支的理念[4]。

参考文献：

[1]焦稳锋.煤巷快速掘进技术研究[J].技术与市场，2017（12）：183-184.

[2]高慧琪.大断面煤巷掘进技术优化及实践[J].煤炭与化工，2017（10）：29-32.

[3]周茂春，周學斌，王多春，等.深部大断面硐室高强稳定型支护技术[J].煤矿开采，2010（3）：62-63.

[4]王浩杰.煤矿掘进巷道支护技术研究[J].能源与节能，2019（5）：147-148.