錨桿錨索聯(lián)合支護技術(shù)在大斷面開切眼支護中的應(yīng)用

孫江鴻

（西山煤電集團有限責(zé)任公司鎮(zhèn)城底礦， 山西 古交 030203）

大斷面巷道支護長期以來是困擾和影響煤礦安全生產(chǎn)的重點難題之一。厚煤層大斷面在開采過程中，其采區(qū)巷道及回采巷道的布置均沿煤層底板進行掘進，這種掘進方式實現(xiàn)了綜合機械化采掘，具有提高掘進速度、降低生產(chǎn)成本、早出煤少出矸、便于后期工作面回采布置等優(yōu)點，但也存在巷道斷面大、圍巖松軟、裂隙發(fā)育、圍巖控制難度大、后期維護成本高等不利因素。本文針對鎮(zhèn)城底礦22603綜放工作面開切眼的支護難點進行分析研究，結(jié)合該礦特殊地質(zhì)生產(chǎn)條件，設(shè)計了錨桿錨索聯(lián)合支護的技術(shù)方案，并聯(lián)合支護技術(shù)的實踐效果進行監(jiān)測分析。

1 礦井概況

鎮(zhèn)城底礦位于山西古交西北部西山煤田西北隅，距古交市9.5 km處，礦區(qū)南北長約5.9 km，東西寬約6.3 km，礦井面積約32.8 km2，礦井設(shè)計生產(chǎn)能力190萬t。22603工作面位于該礦南六采區(qū)，主采2、3號煤層，工作面平均賦存深度（距離地面）471 m，煤層平均厚度為8.9 m左右，煤層整體呈-單斜構(gòu)造，大致由東向西傾斜，煤層傾角平均為6°，22603工作面設(shè)計采長160 m，順槽長度530～608 m，可采長度430 m，可采儲量32.6萬t。采用走向長壁后退式綜合機械化低位放頂煤開采的采煤方法，頂板支護采用ZF13000/25/38型綜放液壓支架，采高為3.5m，放煤厚度為9.6 m，采放比約1∶2.93，循環(huán)進度、放煤步距都為0.8 m，頂板管理采用自然垮落法。22603工作面切眼凈寬8600 mm，鋪底前凈高3680 mm，沿煤層底板掘進，頂煤厚度約9.3 m，為典型的大斷面厚煤頂巷道[1-2]。煤層頂?shù)装迩闆r表見表1。

表1 煤層頂?shù)装迩闆r表

鎮(zhèn)城底礦結(jié)構(gòu)采掘技術(shù)方案和實踐經(jīng)驗，工作面區(qū)段平巷、開切眼等均沿厚煤層的底板布置，導(dǎo)致礦山壓力最顯著的區(qū)段平巷及開切眼頂?shù)装寰鶠槊后w，實體煤圍巖較巖石軟弱，裂隙發(fā)育，且開切眼巷道跨度大，當(dāng)巷道掘進后，巷道變形及破壞過程基本是先發(fā)生離層，再彎沉變形，然后煤體破斷并發(fā)展碎裂，失去自穩(wěn)強度，巷道頂板離層一般發(fā)生在具有不同剛度性質(zhì)的巖層結(jié)合面上，離層發(fā)展到一定程度，彎沉的巖層中部逐漸受拉，裂隙發(fā)育并逐漸破碎，而破壞點往往先發(fā)生在原生裂隙處、軟弱夾層處，并逐步向圍巖深處發(fā)展，破壞了頂板的整體結(jié)構(gòu)，需要借助外界的支護來維持穩(wěn)定。但開切眼內(nèi)部由于需要預(yù)留液壓支架等設(shè)備安裝空間，支護空間限制性較大，需要針對特殊的地質(zhì)生產(chǎn)條件制定支護方案，對支護的強度及質(zhì)量要求較高[3]。

2 巷道支護方案設(shè)計

結(jié)合鎮(zhèn)城底礦原有巷道支護設(shè)計方案及經(jīng)驗，通過理論分析與現(xiàn)場調(diào)研，針對開切眼的圍巖變形特點，設(shè)計巷道外部采用錨桿索綜合支護方案，淺部錨桿支護形成一個“組合拱”，錨桿并非打設(shè)越密集越好，而是選擇合適的間排距，每排的幾根錨桿錨固區(qū)能夠有效組合，相鄰兩排的錨固承壓拱能夠緊密排列即可；深部錨索支護形成更大的承壓拱結(jié)構(gòu)，使深部圍巖具有自穩(wěn)能力及承載能力，與淺部承壓拱相互作用，控制圍巖變形，且設(shè)計時應(yīng)重視錨索的懸吊作用和水平擠壓作用，簡單的單體錨索不能最大限度發(fā)揮錨索的支護能力，而應(yīng)該在組合錨索方面下功夫，充分發(fā)揮錨索的整體支護效能；巷道內(nèi)部采用打木垛及支設(shè)單體液壓支柱加強支護，木垛支護為被動讓壓支護，單體液壓支柱為主動承壓支護，能夠更好地彌補錨桿索支護的缺陷，在巷道內(nèi)部施加足夠的支護力，更好地控制巷道圍巖的變形特別是頂板離層。通過支護理論分析研究，設(shè)計出22603工作面開切眼的支護方案設(shè)計圖如圖1所示。

圖1 22603工作面開切眼的支護方案設(shè)計圖（mm）

1）頂錨桿支護參數(shù)：頂板錨桿支護采用Ф20左旋無縱筋螺紋鋼錨桿，長3100 mm，每排11根錨桿，間排距800 mm×800 mm，兩側(cè)兩根錨桿與水平方向呈70°夾角斜向上打設(shè)，中間9根錨桿垂直頂板打設(shè)，每根使用CK2340、K2340樹脂錨固劑各1根加長錨固，錨固力≤80 kN/根。

2）頂錨索支護參數(shù)：頂板支護采用錨索進行加強支護，同時打設(shè)單體錨索及組合錨索。單體錨索每排4根，排距1600 mm，每2根錨索懸吊1根11號工字鋼梁（分別長4500 mm及5000 mm），單體錨索長8300 mm，直徑17.8 mm；組合錨索每排兩組，排距1600 mm，與巷道中心線距離均為2550 mm對稱打設(shè)，每組組合錨索5根，直徑17.8 mm，中心孔錨索長10300 mm，四角錨索長6300 mm，托板規(guī)格為600 mm×600 mm×16 mm。

3）煤柱側(cè)煤幫支護參數(shù)：采用Ф18左旋無縱筋螺紋鋼錨桿，長3100 mm，每排4根錨桿，間排距900 mm×800 mm，錨桿垂直巷幫打設(shè)。

4）實體煤側(cè)煤幫支護參數(shù)：采用Ф20普通玻璃鋼錨桿，長2500 mm，每排4根錨桿，間排距900 mm×800 mm，錨桿垂直巷幫打設(shè)。

5）巷道內(nèi)支護：兩排單體液壓支柱，一排距采空區(qū)側(cè)煤幫2000 mm，一排距采煤幫煤壁2000 mm，支柱使用DWX45-150/110型帶1.2 m長金屬鉸接頂梁；一排木垛中線與采煤幫煤壁側(cè)單體液壓支柱中心線重合，使用1200 mm×200 mm×200 mm的方木打成“井”型，木垛中心距為6400 mm。

3 效果分析

鎮(zhèn)城底礦為驗證錨桿錨索聯(lián)合支護技術(shù)該礦22603工作面開切眼支護中的效果，實踐過程嚴格按照設(shè)計方案及支護參數(shù)對工作面的開切眼頂、幫進行支護，同時對巷道圍巖的變形量進行監(jiān)測，以確保支護質(zhì)量。由該礦地測科技術(shù)人員在現(xiàn)場布置測點對巷道的圍巖變形量等進行觀測。觀測結(jié)果顯示，在28 d的觀測期內(nèi)，巷道頂?shù)装逡平糠秶鸀?3～55 mm，兩幫移近量為15～45 mm，有效控制巷道圍巖變形[4-5]。

4 結(jié)論

為有效控制巷道圍巖變形，鎮(zhèn)城底礦結(jié)合礦井地質(zhì)條件及采掘經(jīng)驗采用錨桿、錨索聯(lián)合支護技術(shù)，通過現(xiàn)場實踐和礦壓監(jiān)測數(shù)據(jù)分析來看：該支護方案對開切眼圍巖控制效果良好，巷道頂?shù)装逡平糠秶鸀?3～55 mm，兩幫移近量為15～45 mm，實現(xiàn)了對22603工作面開切眼的有效支護。