史 青 苗国庆

（1.肥城矿业集团单县能源有限责任公司，山东 肥城 271608；2.肥城矿业集团单县能源有限责任公司 山东 菏泽 274300）

1 概况

陈蛮庄煤矿井田整体为单斜构造，倾向340°～347°，倾角25°～45°，平均30°。主采3 煤层1.0～3.6 m，平均3.3 m。煤层结构简单，普氏硬度系数0.18。直接顶为泥岩，平均厚度1.3 m，灰色至深灰色，泥质结构；基本顶为粉砂岩，平均厚度5.2 m，灰色，质硬，滑面明显，局部破碎且见垂直裂隙，易风化；直接底为泥岩，平均厚度1.5 m，灰黑色，泥质结构，与煤接触面为炭质泥岩，破碎易风化。3204 轨道顺槽揭露三煤异常区，主要表现为顶板破碎、煤层变薄、分叉、顶板局部有淋水。3 号煤层具有弱冲击倾向性，煤层顶底板岩层无冲击倾向性。

3204 轨道顺槽沿煤层顶板掘进，巷道煤层埋深为1040～1140 m，原断面净宽为4000 mm，净高为3500 mm，采用综掘机施工。采用锚网索支护工艺，顶板采用高强预应力左旋无纵筋锚杆，Ф20 mm×2400 mm；帮部采用等强锚杆，选用全螺纹钢锚杆，规格为Ф20×2400 mm，托盘为正方形，规格为长×宽=140 mm×140 mm，用厚10 mm 钢板压制成弧形。高强锚杆使用1 块MSCK2550 型锚固剂和1 块MSM2550 型锚固剂固定，等强锚杆均用2 块MSM2550 树脂锚固剂固定。锚杆锚固力不小于120 kN，预紧力矩300 N·m。锚索采用规格Ф17.8 mm 的钢绞线制作，锚索全长6.3 m，锚索托盘规格：长×宽×厚=300 mm×300 mm×14 mm，每根锚固力不低于150 kN。锚索按2-1-2 布置，间排距为1600 mm×1600 mm，锚杆间排距800 mm×800 mm。原断面支护图如图1 所示。

3204 轨道顺槽掘进一段距离后发现巷道变形严重，帮部煤层松软片帮，顶板局部下沉、底鼓。巷道大范围扩修，带来了大量投入，对顶板安全、工程投资和工作面接续影响较大。针对此问题，对巷道支护情况进行深入研究应用，并根据变形观测情况及时优化，形成适合大倾角高地压松软煤层条件下的支护体系。

图1 原断面支护图

2 巷道变形原因分析

（1）煤层埋藏深，倾角大，地压高，掘进后煤炮多，容易发生片帮，顶板局部破碎。

（2）支护材料强度不足，锚杆和锚索直径偏小，锚杆多出现帮部锚杆被钢带剪切脆断，锚索在压力较大区域出现连续断裂现象。

（3）支护体系参数不合理，密度低。顶板锚索排距大，悬吊作用不足。

（4） 支护关键因素控制不到位。煤帮松动范围大于锚杆支护范围，帮部支护强度不足。由于煤层倾角大，侧向应力显现较为明显，高帮侧出现滑移现象，煤层与岩层顶底板交界面相互错动，煤层底板处最大达到1 m，煤层顶板处达到0.6 m，低帮侧肩窝处煤层侧向应力集中，出现鼓帮现象，这三处发生锚杆脆断、钢带撕裂情况明显。

（5）帮部变形减弱了两帮对顶板的支撑作用，造成顶板下沉。一般在帮部变形较大区域顶板下沉也较大，最大下沉量超过1 m。

3 支护优化关键技术

3.1 支护方式

为预留变形空间，满足运输设备使用需要，优化后断面净宽4600 mm，净高3800 mm。

（1）顶板采用高强预应力左旋无纵筋锚杆、W钢带和锚索联合支护。

每排布置7 根锚杆，锚杆间排距800 mm×800 mm，如巷道片帮导致顶板空顶300 mm 以上时，及时补打1 根顶部锚杆，靠近两帮的锚杆与巷道顶板成75°夹角；支护按“3-2-3”布置，打设在W钢带空档内，按照巷道中心线对称布置，间排距为1600 mm×800 mm，靠近两帮的锚索与巷道顶板成75°夹角。

（2）上帮采用等强螺纹钢锚杆、W 钢带配合“天地斜拉锚索+高强度T 型钢带”联合支护。

上帮每排布置7 根锚杆，间排距800 mm×800 mm，上帮第一根锚杆距顶板不大于300 mm，并上仰15°，底角锚杆距底板距离超过400 mm 时及时补打一根锚杆，底角锚杆垂直帮部下斜30°打设。上帮布置两排T180 钢带，每根钢带打设2 根锚索，间距1600 mm，上帮第一排打设在顶板向下1500 mm 处，锚索斜向上45°打设，第二排打设在底板向上1500 mm 处，锚索水平打设；T180 钢带间距1600 mm。

（3）下帮采用等强螺纹钢锚杆配合W钢带、“斜拉锚索+高强度T 型钢带”联合支护。

每排布置4 根锚杆，间排距800 mm×800 mm，下帮第一根锚杆距顶板不大于300 mm，并上仰15°，底脚锚杆距底板距离超过400 mm 时及时补打一根锚杆，底角锚杆垂直帮部下斜30°打设。下帮打设一排T180 钢带，在底板向上1000 mm 处，锚索斜向上20°打设，T180 钢带间距1600 mm。优化后断面支护图如图2 所示。

3.2 支护材料

（1）选用Q600 号钢制作成高强预应力左旋无纵筋锚杆，规格为Φ22 mm×2800 mm；等强锚杆选用全螺纹钢锚杆，规格为Φ22 mm×2800 mm，托盘为正方形，长×宽=200 mm×200 mm，用厚15 mm 钢板压制成弧形。高强锚杆使用1 块MSCK2335 型锚固剂和1 块MSM2350 型锚固剂固定，等强锚杆均用2 块MSM2350 树脂锚固剂固定。

（2）锚索采用Φ21.6 mm 的钢绞线制作，锚索全长6300 mm；锚索托盘规格：长×宽×厚=300 mm×300 mm×16 mm；锁具为QVM22-1 单孔锁具；每根锚索用4 块型号为MSM2350 树脂锚固剂固定。

（3）顶部金属网采用Φ6 mm 的冷拔钢筋焊制，规格为长×宽=2000 mm×1000 mm，网格为长×宽=100 mm×100 mm；帮部金属网采用Φ3.5 mm的冷拔钢筋焊制，长×宽=2000 mm×1000 mm，网格为长×宽=60 mm×60 mm。

（4）W 钢带采用BHW270-2.75W 钢带，展宽300 mm，成型宽度270 mm，板材厚度2.75 mm。顶板W 钢带为4.4 m 和1.2 m 搭接使用，上帮W 钢带为2.0 m 搭接使用，下帮W 钢带为2 m+1 m 搭接使用。

图2 优化后断面支护图（单位：mm）

4 支护技术优点

（1）加大了支护材料强度，满足了大倾角、高地压、松软煤巷条件下的支护强度要求。一是锚杆由Q500 增大至Q600，加大锚杆直径和长度至Φ22 mm×2800 mm；二是加大锚索直径至Φ21.6 mm，加密锚索支护按“3-2-3”布置；三是锚杆预紧力矩由300 N·m 提高至400 N·m，每根锚杆锚固力由不低于120 kN 提高至228 kN，从而起到了强化支护的作用。

（2）加强了关键支护影响因素的控制，即通过加长锚杆长度减小了围岩松动范围，对大倾角侧向应力起到支撑作用，提高了煤帮的完整性。

（3）采用了帮部“天地斜拉锚索+高强度T型钢带”的方式，将煤帮斜拉到顶底板岩层中不少于1000 mm。“天地锚索”上下协同作用，T 型钢带强度大，加固了纵向W 型钢带护表作用，两者共同加强了帮部支护强度，将煤帮与顶底板岩石锁定在一起，克服了煤帮侧向应力，减小了侧向移进。

（4）加大了巷道断面。根据单轨吊使用和预留变形量的需要，巷道高度、宽度均进行了优化，有利于巷道长期使用。

5 结语

通过观测，巷道成型质量明显提升，控制了帮部变形和顶板下沉，移近量在0.2 m 以内，减少片帮90%，顶板下沉不超过0.05 m，底鼓不超过0.1 m，杜绝了巷道二次扩修带来的费用投入和对生产的影响。与以往投入对比，每年可减少扩修人工和材料费用500 万元。

在煤巷支护“强化支护、治顶先治帮”的理念指导下，通过加大支护材料强度、优化支护参数和支护方式，采用“天地斜拉锚索+高强度T 型钢带”的特殊支护方式，克服了高帮侧向应力，顶板下沉和帮部移近问题得到解决，保证了后期回采期间正常使用，杜绝了巷道扩修，形成了深井大倾角高地压松软煤层条件下的煤巷锚网索支护体系。