特厚煤層超高煤幫大斷面巷道支護技術

文/李燕飛

大同煤礦集團大唐塔山煤礦位于大同煤田東翼中東部邊緣地帶，七峰山西側，距大同市約30公里。井田東西走向長24.3km，南北傾斜寬11.7km，面積約170.91km2。井田上部的侏羅系已基本采完，全井田內石炭系可采儲量30.7億t，礦井設計生產能力1500萬t/a，設計服務年限132年。

塔山煤礦煤層厚度很大，巷道一般沿煤層底板掘進（除頂回風巷外），煤層巷道圍巖松軟破碎，煤層和巖層的不連續面容易發生離層，巷道圍巖破壞范圍較大。同時礦井采用綜放開采，考慮到設備運輸和通風要求，巷道掘進斷面較大，給巷道支護帶來較大困難。

一、斷面設計

考慮到掘進過程中設備尺寸，通風要求和巷道圍巖變形預留量，設計8105工作面5105巷掘進斷面尺寸如下：巷道斷面呈矩形，寬5.5m，高3.9m，掘進斷面積為21.45m2。

二、支護參數選擇原則

安全、有效、快速的巷道支護技術是保證礦井實現高產高效的必要條件。目前，我國煤礦巷道的主要支護形式是錨桿支護。對于大采高綜放開采涉及的超高煤幫、特大斷面巷道，對支護技術提出更高、更苛刻的要求。錨桿支護在這類困難巷道中支護效果差，圍巖變形大，支護構件破壞嚴重，巷道安全得不到保證。針對塔山煤礦具體地質生產條件，為了充分發揮錨桿支護的作用，提出以下設計原則：

1.一次支護原則。錨桿支護應盡量一次支護就能有效控制圍巖變形，避免二次或多次支護。

2.高預應力和預應力擴散原則。預應力是錨桿支護中的關鍵因素，只有高預應力的錨桿支護才是真正的主動支護，才能充分發揮錨桿支護的作用。

3.“三高一低”原則。即高強度、高剛度、高可靠性與低支護密度原則。保證支護系統可靠性的條件下，降低支護密度，減少單位面積上錨桿數量，提高掘進速度。

4.相互匹配原則。錨桿各構件，包括托板、螺母、鋼帶等的參數與力學性能應相互匹配，錨桿與錨索的參數與力學性能應相互匹配，以最大限度地發揮錨桿的整體支護作用。

三、應用

8105工作面位于一盤區的中部，東南鄰8104工作面，間隔38m，南接1070回風巷，連通1070皮帶巷、輔運巷，西北鄰8106工作面未開掘。工作面傾向長度207m，走向長度2800m，頂回風巷與回風順槽間距20m，高差20m。順槽巷道沿3～5號煤層底板掘進。煤層總厚 11.93～16.13m，平均厚 15.72m。

1.頂板支護

（1）錨桿。桿體為22#左旋無縱筋螺紋鋼筋，鋼號為HRB400，長度2.4m，桿尾螺紋為M24。

錨固方式：樹脂加長錨固，采用兩支低粘度樹脂藥卷，一支規格為K2335，一支規格為Z2360。鉆孔直徑為30mm。

W鋼帶規格：厚度4mm，寬250mm，長度5100mm。

錨桿配件：采用高強錨桿螺母M24×3，配合高強托板調心球墊和尼龍墊圈，托盤采用拱型高強度托盤，規格為 120×120×10mm，承載能力不低于 30t。

錨桿角度：垂直頂板布置。

網片規格：采用高強塑料網護頂。

錨桿布置：錨桿排距800mm，每排7根錨桿，間距800mm。

錨桿預緊扭矩：≥400Nm。

（2）錨索。錨索材料為 φ22mm，1×19 股高強度低松弛預應力鋼絞線，長度8300mm，采用一支K2335和兩支Z2360低粘度樹脂藥卷錨固，錨固長度1500mm。

錨索布置：每兩排錨桿打3根錨索，排距1600mm，間距2000mm，全部垂直頂板巖層。

錨索托盤：采用300×300×16mm高強度可調心托板及配套鎖具。

錨索組合構件：采用W鋼帶作為每排錨索的組合構件，鋼帶規格：厚度4mm，寬250mm，長度4300mm。

錨索預緊力：200～250kN。

2.巷幫支護

錨桿形式和規格：桿體為22#左旋無縱筋螺紋鋼筋，鋼號為HRB400，長度2.4m，桿尾螺紋為M24。

錨固方式：樹脂加長錨固，采用兩支低粘度樹脂藥卷，一支規格為K2335，一支規格為Z2360。

W鋼帶規格：采用W鋼護板護幫，鋼護板厚度 5mm，寬 280mm，長度450mm。

錨桿配件：采用高強錨桿螺母M24×3，配合高強托板調心球墊和尼龍墊圈，托盤采用拱型高強度托盤，規格為 120×120×10mm，承載能力不低于30t。

網片規格：采用高強塑料網護幫。

錨桿布置：錨桿排距800mm，每排每幫4根錨桿，間距1000mm。

錨桿角度：垂直煤幫安設。

錨桿預緊扭矩：≥400Nm。

四、礦壓監測

在8105工作面5105巷中每個試驗段安設三個監測站。其中掘進200m左右安設一個監測站，掘進1000m左右安裝第二個監測站，掘進2000m左右安設第三個監測站。每個監測站包括兩個巷道表面位移監測斷面，一個頂板離層監測斷面，一個錨桿受力監測斷面，一個錨索受力監測站。

五、結論

大同礦區石炭系煤層巷道支護曾是困擾煤礦安全生產的一大難題，出現多次冒頂事故。塔山礦8105工作面5105順槽的支護實踐證明，通過合理選擇支護參數及支護材料，能夠有效控制特厚煤層超高煤幫大斷面巷道的變形，維護巷道穩定。