杨友德 浩 军

（1.微山崔庄煤矿有限责任公司，山东 济宁 277606；2.山东煤矿安全监察局救援指挥中心，山东 济南 250031）

1 概况

崔庄矿井开采3 煤，分为3上和3下煤层，现开采3下煤层。23下07 工作面轨道顺槽位于3下煤层中，煤层倾向SW，煤层倾角在11°～13°之间，平均12°，煤层厚平均4.20 m。煤层伪顶为页岩，厚约0.15 m，直接顶为中砂岩，厚约14.76 m，f=3～5，老顶为细砂岩，厚约8.08 m， f=6～8；直接底为泥岩，厚约2.55 m ，f=3～5。23下07 工作面轨道顺槽布置在3下煤层中，方位82°沿3‰上山掘进至右帮3下煤层底板后，沿右帮3下煤层底板施工，全长529.80 m，层间距约25 m。20下07 工作面地质平面图如图1 所示。掘进迎头在掘进过程由于地质构造或岩性变化加之受3上煤的采动影响，顶板破碎，局部连续成片冒落，形成空洞现象，给临时支护和永久支护带来影响。

2 支护设计

2.1 临时支护

2.1.1 临时支护装置

巷道采用吊挂杠杆式前探梁，吊环、前探梁两端各有一个吊挂防滑链。

（1）前探梁：采用高×宽=90 mm×60 mm 的方形钢管制作而成，壁厚5 mm，前探梁2 根，长度为4.50 m。前探梁两端各安设一个吊挂防滑链，如图2。

（2）吊环：为矩形，采用10 mm 的钢板间隔80 mm 焊接在10#槽钢，吊环一侧焊接销子闭锁前探梁。吊环高300 mm，每隔70 mm 对应钻三个销孔用来锁住前探梁。

（3）接顶板梁：3.80 m 板梁4 块，厚30 mm，宽100 mm，背板10 块，木刹20 块。

（4）防滑链：Φ5 mm 链环，长500 mm，一端焊接在前探梁上，另一端挂在顶板金属网上防滑脱。

2.1.2 使用工艺设计

杠杆式前探梁，其钢管开口处有插销，钢板槽上钻出三个或四个间隔70 mm 的插孔，只要把钢管放入卡槽内，可随着顶板高低变化上下调节前探梁，进行前后伸缩和上下调高，再插上定位销，即可完成。如果将定位销抽出，就能快速取下前探梁，操作方便简单。

图1 23下07 工作面地质平面图

图2 杠杆式前探梁

2.2 破碎带顶板控制

2.2.1 局部连续成片破碎

局部连续成片出现煤（岩）体破碎形成冒落区，补打锚索，并用W 钢带串联在一起，提高护表强度，防止煤体破碎向深层发展。

2.2.2 冒顶、片帮

巷道整体变形较大，冒顶、片帮严重，缩小锚杆间排距为600 mm，并增加架棚复合支护，棚距600 mm，位于锚杆排距中间，如图3。

2.3 永久支护

巷道永久支护采用锚网（索）复合支护。

（1）支护锚杆长度确定

L长=L外+L有+L固

式中：L长为支护锚杆长度，m；L外为支护锚杆外露长度，m；L有为支护锚杆有效长度（顶锚取围岩松动圈冒落高度b，帮锚取帮破碎深度c），m；L固为锚杆锚固长度，m。

其中围岩松动圈冒落高度b：

帮的破碎深度c：

图3 巷道特殊支护断面图

式中：B 为巷道掘进荒宽，选4.20 m；H 为巷道掘进荒高，选2.80 m；f顶为顶板岩石普氏系数；ω 为两帮围岩的内摩擦角，ω=arctan（f顶）。

① 锚杆外露长度L外的确定

L外=L垫（垫盘厚度）+L母（螺母厚度）+（0.01～0.05）m，一般L1=0.15 m。

② 锚杆有效长度L有的确定

由于顶板有2.05 m 左右的厚度煤层，煤的坚固系数选2.5，属于≥2，因此采取下列公式确定L有：

式中：f 为普氏系数，选f=2.5；B 为巷道荒宽，选4.20 m；H 为巷道荒高，选2.80 m；θ 为内摩擦角度数，选45°。

（2）锚杆间排距确定

参考相关经验值，巷道顶锚杆间排距确定为900 mm×900 mm，巷道两帮锚杆间排距确定为800 mm×900 mm。

（3）锚杆直径的确定

参考经验值，取顶锚杆Φ20 mm，取帮锚杆Φ18 mm。

（4）锚杆锚固力计算

锚杆锚固力可按下式计算：

式中：σ屈为杆体材料的屈服极限，取σ屈=335 MPa；d 为杆体直径，mm。

（5）锚杆的选择

巷道顶部锚杆选取Φ20 mm×2200 mm 右旋螺纹钢锚杆，Q=100 kN。

巷道帮部锚杆选取Φ18 mm×1800 mm 右旋螺纹钢锚杆，Q=90 kN。

巷道顶、帮锚杆间排距均定为0.60 m×0.60 m。

（6）锚索长度的确定

X长=X外+X岩+X固=0.25+4.50+1.60=6.35 m

式中：X外为锚索外露长度，选0.25 m；X岩为潜在不稳定岩层高度,选4.50 m；X固为锚索锚固长度，选1.60 m。

经过计算锚索长度选6.50 m。

（7）锚索排距

参考经验值，锚索的排距选a索排=0.90 m。掘进巷道每排布置5 根锚杆，一排布置1 根锚索，另一排再布置2 根锚索，呈三花布置，间距a索间=0.90 m。

（8）锚索的锚固力锚索锚固力P

P1≥P ≥P1/K 或P2/K

P ≥400/2=200 kN

式中：P 为设计锚索锚固力，kN；P1为锚固段锚固剂与孔壁的粘结力，kN；P2为锚固段锚固剂与钢绞线的粘结力，kN；K 为安全系数，取2。

（9）锚索选择

采用规格为Φ17.80 mm×6000 mm 钢绞线，第一排布置2 根锚索，隔一排再布置2 根锚索，呈“矩形”布置，间距×排距=1800 mm×1800 mm，采用三支树脂锚固剂锚固，一支规格为MSK2350，两支规格为MSZ2350；尾部配有高强度锁具，配套金属托板规格长×宽×厚=215 mm×215 mm×12 mm。

（10）支护流程

① 掘进后，首先人员站在安全地点进行敲帮问顶及围岩观测，找掉活矸危岩；② 挪移吊环架，并固定牢固；③ 沿吊环架推移前探梁至迎头煤壁，用销子将前探梁锁住；④ 在前探梁上铺上金属网、钢筋梯（且在金属网下穿上木板梁）；⑤ 挂上前探梁两端的防滑链防止前探梁下滑。临时支护时,吊环架必须全部旋入锚杆中（吊挂前探梁的锚杆外露长度80～120 mm）,且牢靠紧固,锚杆露出螺帽外的长度不得小于2 丝。

托盘：采用拱形高强度托盘，托盘规格为150 mm×150 mm×8 mm。

采用钢筋梯（或W 钢带）压网，钢筋梯规格：采用Φ12 mm 钢筋焊接，规格为12mm×60 mm×3900 mm；铺设菱形网，规格为长× 宽=5000 mm×1050 mm，网格为长×宽=40 mm×40 mm。

（11）巷帮支护

巷帮支护采用规格为Φ18 mm×1600 mm 左旋螺纹钢锚杆，两帮由上向下布置4 根，间距×排距=600 mm×600 mm，巷帮中间锚杆与巷帮成90°布置，上下2 根的锚杆向上下各偏移15°，各采用两支树脂锚固剂锚固，一支规格为MSK2350，另一支规格为MSZ2350。

托盘：采用拱形高强度托盘，托盘规格为120 mm×120 mm×6 mm。

采用钢筋梯压网，规格：采用Φ8 mm 钢筋焊接，规格为8mm×60 mm×2900 mm。

铺设菱形网，规格：网片规格为2500 mm×1050 mm，网格规格为40 mm×40 mm。

巷道支护断面图、平面图如图4、图5 所示。

图4 巷道支护断面图

图5 巷道支护平面图

3 现场效果分析

（1）顶板离层监测：距迎头每60 m 安设一个顶板离层仪，遇特殊地质构造、断层带等特殊条件下，必须缩小安设距离，距离不大于25 m。

（2）轨道顺槽在顶板破碎掘进过程中，对顶板控制进行了观测，实践效果明显，破碎带得到了有效控制。

4 结论

（1）临时支护采用开口杠杆式前探梁，能紧贴顶板岩面，保证了顶板控制牢固可靠和整体支护作用，适应于各类地质条件变化的掘进顶板支护。

（2）巷道整体变形较大，冒顶、片帮严重，通过架棚复合支护，提高了冒落区顶板的完整性，控制了顶板离层和围岩变形。