綜采工作面大斷面全煤巷道支護技術實踐研究

程鐵軍 鄭秦嶺

（河南能源集團焦煤鑫珠春公司，河南 焦作 45400）

綜采工作面大斷面全煤巷道支護技術實踐研究

程鐵軍 鄭秦嶺

（河南能源集團焦煤鑫珠春公司，河南 焦作 45400）

開采實踐證明，大斷面煤巷綜采面頂板容易冒頂，巷道兩壁容易片幫脫落以及發(fā)生巷道底鼓，影響巷道正常功能。通過加強對大斷面的觀測和檢測，通過改變大斷面巷道形狀、支護參數、優(yōu)化施工工藝等三個方面來加強對大斷面的支護，能夠改善大斷面巷道穩(wěn)定性，增強綜采面的經濟效益和安全系數。本文通過實踐經驗，對綜采工作面大斷面全煤巷道幾種支護技術進行了分析探討，為進一步增強大斷面巷道穩(wěn)定性提供借鑒參考。

綜采工作面；大斷面；支護技術

1 錨網聯合支護技術

開采煤層前，應當提前做好工作面切眼，對切眼進行支護的作用非常關鍵，是確保安全的重要措施。而大斷面的工作面往往具有跨度大、頂板強度低、兩壁穩(wěn)定性差等特點，極易發(fā)生冒頂和煤壁片幫，造成設備損壞和人員傷亡，因此必須加強支護管理。而錨網聯合支護技術是解決大斷面支護困難的有效方法，以下以某煤礦為例，介紹該方法。

1.1 工程概況。該綜采工作面為水平煤層，埋深28米到128米，頂板巖石是泥砂質，厚2.5m。直接底板主要是砂質巖石，還存在少量的泥質巖石，平均厚度0.4-3米。工作面寬7.5 m，高3.2m，長220m，頂板支護具有相對較大的難度。

1.2 支護要點。對于綜采工作面來說，其斷面的形狀是矩形，使得巷道斷面面積偏大，兩幫、頂板是煤層，按層理發(fā)育，因此，各個層面相互間具有相對較小的黏聚力，圍巖強度相對較小。大斷面的切眼巷道，使得圍巖中的拉應力和剪應力的增長呈現平方或立方狀態(tài)，導致塑性破壞變得愈發(fā)加劇。頂板離層破壞面積區(qū)域大，冒落拱高度將會超出錨桿錨固半徑，導致錨固力顯著減小。切眼跨度大使拉應力在頂板中部出現，在這種情況下，要是沒有盡快選擇相應的支護手段，頂板長時間暴露，使得拉應力區(qū)不斷增加，使圍巖裂隙發(fā)育，強度減小。巷道底角與頂角是出現變化的位置，因此應力非常集中，這個位置是巷道支護的薄弱場所。

1.3 支護方案。錨桿支護是一種主動、安全的支護方式，錨桿錨固力使頂板巖層間接觸壓力提高，使各巖層間的離層得以避免，提高了錨固范圍內的巖體強度，在很大程度上優(yōu)化了頂板的受力狀態(tài)；錨桿支護能夠增加巖層間的抗剪強度，對巖層水平移動產生抑制，這樣就能夠把錨固范圍內臨近巖層結合成相對較厚的組合梁，這樣就使頂板承載力明顯增加。將錨桿和錨索支護兩者進行有機結合，錨固了深部基巖和下部軟弱巖層，使組合梁厚度明顯增加，在很大程度上降低了錨桿支護失效的出現。將傾斜錨桿設置在切眼底角、頂角處，能夠在很大程度上提高錨桿切向承載力，防止巷道角部塑性破壞。除此之外，支護時，為做好中部支護，還應該將錨索打深，從而實現提高支護效果的目的。

2 錨桿支護技術

2.1 錨桿支護的設計原理。煤層巷道沿頂板掘進時，頂板的一般破壞形式為平衡自然拱，當煤幫松塌、遭到破壞時，頂板跨度的增大，使得冒落拱的高度也隨之增加。因開切眼跨度大，支護過程中先通過高強錨桿對金屬網與錨梁加以輔助，接著通過小錨索加固頂板，則巷道深部的穩(wěn)定巖體將承受直接頂圍巖應力，實現大斷面巷道的支護。

2.2 確定頂板錨桿支護參數。根據錨桿支護的“三徑”匹配原則，桿體的直徑為23mm，采用20MnSi高強度左旋螺紋鋼錨桿。完整頂板時，通過端錨方式進行；反之，則通過全長錨固方式。錨桿的錨固力一定要在所用錨桿的破斷力之上，安全系數取2～3之間。頂板兩側錨桿的長度與傾角的條件：其錨固端的投影到煤體中的距離應該大于700mm，這樣得到的支撐才是有效的，同時，錨固端深入頂板內的垂直距離應該大于1 000mm，這樣的錨固才是可靠的，這些參數的確定與傾斜錨桿的角度和長度有直接關系。錨桿排間距約為750mm。

2.3 錨索加固參數。錨索加固旨在把巷道頂板的弱巖層面與穩(wěn)定巖層錨定在一起，所以錨索必須深入到穩(wěn)定巖層一定深度，此深入的確定具體按照頂板巖層的結構選擇，一般情況下，應到穩(wěn)定巖層內部的距離超過7米。錨索的排距主要按照其承受的潛在冒落荷載通過計算來確定。錨索的材料選擇上，要依據松弛性、安設方便、設計強度來確定。

2.4 施工方法。安裝頂板錨桿過程中，先打孔裝錨桿與錨固劑，接著需要將錨桿機與攪拌機連接起來，用錨桿機攪拌，時間大約為25秒，將銷釘與螺母卸下，重新將錨桿機升起，旋轉擰緊。安裝煤幫錨桿過程中，先打孔，然后將煤電鉆與攪拌器連接起來，啟動電鉆攪拌機，鋪設金屬網，安裝托盤和螺母。安裝小錨索過程中，先打孔裝入錨固劑，將攪拌器連接在鋼絞線上，進行攪拌，時間大約為30秒，然后將攪拌器卸下來，到規(guī)定時間后進行張拉。

2.5 經濟效益分析

2.5.1 相同條件下，與雙木棚支護成本比較而言，采用錨桿支護掘進技術后沒有后續(xù)維修費用，支護成本較低，約為2 400元/m；采用雙木棚支護，在設備使用前要返修一次，其支護成本約為25 00元/m，維修費用大于1 000元/m，即采用錨桿支護每米節(jié)約大于1 100元。

2.5.2 錨桿支護過程中，所用的時間相對較短。

2.5.3 采用錨桿支護開切眼，作業(yè)環(huán)境條件得到極大的改善，極大地降低了木材與鋼材的投入。

2.5.4 采用錨桿支護掘進技術，在開切眼過程中，圍巖的應力分布軍訓，圍巖穩(wěn)定，工作環(huán)境相對安全，為后續(xù)工作順利進行打下了良好的基礎。

[1]段國寧，張廣超，龐茂瑜，李揚.大斷面切眼錨網索聯合支護技術研究[J].河北煤炭，2013，（1）：10-11.

[2]韓肇.錨桿支護技術在大斷面開切眼中的應用[J].河北煤炭，2002，（1）：40-41.

TD353

A

1671-0037（2014）03-72-1

程鐵軍（1979.8.25-），男，本科，助理工程師。