回采巷道支護技術探索與實踐

林世豪，王世潭

（龍巖學院 資源工程學院，福建 龍巖 364012）

回采巷道支護技術探索與實踐

林世豪，王世潭

（龍巖學院 資源工程學院，福建 龍巖 364012）

通過對福建煤礦回采巷道的支護現(xiàn)狀剖析，指出了回采巷道存在的主要問題，分析了常見幾種支護方式在工程實踐中的應用情況，提出錨網(wǎng)聯(lián)合支護的方案。試驗表明，錨網(wǎng)聯(lián)合支護改變傳統(tǒng)的被動支護為主動支護，改善了圍巖力學性能和結構，提高了圍巖的整體承載能力和穩(wěn)定性，支護效果好，能滿足回采巷道的支護要求。

回采巷道；支護方式；錨網(wǎng)聯(lián)合支護

福建煤礦地質(zhì)條件復雜，90%以上為小煤礦，長期以來煤礦開采及支護技術都比較落后。主采煤層多為傾斜、急傾斜薄煤層，穩(wěn)定性差，全省85%以上煤層出現(xiàn)褶曲、斷層、雞窩煤、壓薄帶等現(xiàn)象，多屬不穩(wěn)定煤層。由于煤層的賦存條件變化大，造成礦井地壓大，圍巖破碎，采準巷道受頂板來壓、側壓、底臌等影響，巷道冒頂事故多發(fā)，并有上升趨勢，嚴重影響煤礦的正常和安全生產(chǎn)。而且在煤礦生產(chǎn)礦井中，存在著大量的回采巷道，而這些巷道又大多屬于煤巷和半煤巖巷，這些巷道過去都是采用傳統(tǒng)的棚式支護，而這種支護方式已經(jīng)越來越不能適應現(xiàn)代煤礦生產(chǎn)的需要了。因此，在生產(chǎn)過程中經(jīng)常出現(xiàn)煤層巷道變形、頂板冒落、巷幫脫落等維護困難現(xiàn)象，造成一些巷道頂板事故的發(fā)生。隨著礦區(qū)向深部延伸，頂板壓力不斷增大，煤巷支護困難的問題更加突出，因此，改革煤巷支護方式是當務之急，對回采巷道支護技術的應用研究，在煤巷掘進中選擇合理的支護方式，這對促進煤礦安全生產(chǎn)、提高經(jīng)濟效益具有十分重要的現(xiàn)實意義。

一、回采巷道支護存在的主要問題

福建煤礦由于地質(zhì)條件及煤層賦存條件復雜，井型小，采掘機械化程度低，長期以來開采及巷道支護技術都比較落后，在回采巷道支護上大部分煤礦還采用落后的木棚和工字（U型）鋼棚支護。回采巷道由于圍巖條件較差且受采動影響嚴重，通常圍巖變形量較大，必然導致支架變形、損壞嚴重、巷道支護和維修勞動量大而繁重。表現(xiàn)在巷道維修周期短和斷面縮小嚴重上，有的巷道維護量達到原來長度的幾倍，以至于使巷道斷面難以滿足行人、通風、運輸?shù)日Ｉa(chǎn)需要。采用木支護經(jīng)常會造成支護滯后，甚至空頂，時常給安全帶來不利的影響。同時由于巷道兩幫成形不好（未對兩幫實行光爆），造成兩幫凹凸不平，難以刷齊，不能做到棚腿貼緊巖面，使圍巖在自由狀態(tài)下變形、破壞，導致滑移線外移，破壞范圍加大，造成巷道兩幫出現(xiàn)片幫及大面積滑落。

二、回采巷道支護形式分析

1.棚子支護。棚子支護是回采巷道傳統(tǒng)的支護方式，其中包括木棚子和工字鋼棚、U型棚支護。木棚由于木材資源緊缺、成本高及其存在嚴重的支護缺陷已很少采用。目前在我省采用最多的是工字鋼棚、U型棚支護，但這種支護方式在支護初期由于巷道成形差，超挖嚴重，加上背頂背幫不嚴，缺乏初撐力，容易使圍巖破碎、離層，屬于“被動”支護方式[1]。如前所述這種支護方式并非回采巷道理想的支護方式。

2.錨桿、錨網(wǎng)支護。錨桿支護的實質(zhì)是錨桿與錨固區(qū)域的巖體相互作用而組成錨固體，形成統(tǒng)一的承載結構，利用圍巖的自承能力將載荷體變?yōu)檩d體[2]。在巷道支護中，錨桿支護與棚式支護相比，表現(xiàn)在支護由“被動”支護變成“主動”支護，具有明顯的技術經(jīng)濟優(yōu)越性。在回采巷道支護時，由于巷道圍巖松散且受采動影響，致使巷道圍巖的裂隙增加，如果錨桿錨固力下降或緊固不及時，會導致圍巖變形加大，裂隙增加并向圍巖深部發(fā)展，兩幫煤體脫落承重體外移，頂板相對出露面積加大引起頂板下沉、破壞，因此用單一錨桿結構難以滿足巷道支護的要求。在這樣的巷道中要求支護具有較高的支撐能力和較大的抗變形能力，要求支護結構有較大的可塑性、柔性和可縮性[3]。金屬網(wǎng)改善了以往點錨桿的支護方式，增加了錨固擠壓的全面積，使圍巖表面破碎圏完整化，托板緊貼著煤壁，能保護表面巖、煤體，防止松動位移，片幫脫落，相同條件下增強了巷道抵抗破壞的能力[4]。故而此類巷道一般不宜采用單一的錨桿支護，其支護結構必須以錨桿為主，才能保證支護的效果。

三、錨網(wǎng)聯(lián)合支護技術應用

1.巷道地質(zhì)條件。試驗巷道豐海煤礦203采區(qū)+100C5南運巷為半煤巖巷，C5煤層為主采煤層以單斜構造為主，煤層傾角21°～40°，平均在30°左右，煤層平均厚度為1.2m，屬于傾斜煤層，傾角比較穩(wěn)定，單斜構造，煤層中軟，局部變厚時較松散。頂板為粉砂巖，層面薄層互層，層理發(fā)育，易風化、脫層，節(jié)理裂隙也比較發(fā)育，向上為粗粉砂巖或細砂巖，厚度約4米，頂板堅硬穩(wěn)定，底板為粗粉砂巖或細砂巖，巖性堅硬，厚度約2.0m，含較多植物碎屑化石，底板較完整。煤層結構簡單，煤層及圍巖無淋水。+100C5南運巷斷面形狀為梯形，掘進斷面積為5.4m2。

2.支護方案設計。前述+100C5北運巷頂板類似于復合頂板易離層，兩幫煤體松軟且強度低，在較小的垂直及水平力作用下就會變形破壞。為此，掘進時巷道頂板及時采用高強度錨桿支護，阻止復合頂板的離層變形及沿弱面錯動，控制圍巖變形；同時要注意加強巷道兩幫松軟煤體支護，在錨固巷道兩幫的同時增加鋼筋梯子梁，加大巷道兩幫的錨固范圍，改善巷道兩幫的穩(wěn)定性。根據(jù)以上分析，確定采用錨網(wǎng)支護方式，具體方案如下：選用徐州寶鼎支護科技有限公司生產(chǎn)的螺紋鋼錨桿，螺紋鋼錨桿規(guī)格：選用直徑18mm和16mm的螺紋鋼材，前端打成麻花狀，起攪拌和固定樹脂錨固劑作用，后端打成螺紋，起鎖定托盤作用，一根錨桿再配一個螺母和一個托盤。頂錨桿采用Ф18mm×2000mm左旋螺紋鋼錨桿；兩幫采用Ф16mm×1600mm左旋螺紋鋼錨桿，錨桿間排距為900mm×900mm，每組錨桿在巷道圍巖較好時為4根，圍巖較差時為5～7根。采用樹脂藥卷加長錨固，采用Z2335樹脂錨固劑，錨固長度達到1.3m左右，煤幫錨固長度達到 1.0m左右。頂板及兩幫配套使用GS13015MS鋼塑復合假頂網(wǎng)，采用厚度10mm的鋼托盤，貼頂、幫與錨桿形成一個支護整體，兩幫使用鋼筋梯子梁護住煤幫，梯子梁材料選用Ф14mm的圓鋼。

四、支護效果

在巷道開巷后到回采面開始回采前巷道基本保持完整，經(jīng)巷道圍巖表面位移測試，頂板及兩幫位移都趨于穩(wěn)定，幾乎保持原支護形狀。采動后的情況：受回采工作面采動影響，在工作面前方20m～30m左右發(fā)現(xiàn)頂板有比較明顯的離層變化，大部分頂板離層量不大，一般在20mm～40mm范圍內(nèi)，錨桿支護在超前支護范圍內(nèi)有效控制了頂板活動破壞，在回采期間巷道頂板基本上是整體下沉，并引起兩幫擠入，其變形量都在允許范圍內(nèi)，巷道斷面沒有太大縮小，能滿足正常的生產(chǎn)要求。

通過對試驗巷道203采區(qū)+100C5南運巷的支護實踐表明：錨網(wǎng)聯(lián)合支護能夠充分發(fā)揮回采巷道圍巖自身的承載能力，利用錨桿的預緊力適時支護，可以提高圍巖的強度、抵抗圍巖早期變形和破壞、抵抗動壓影響，在使用過程中不用再進行維護返修，而且錨桿支護的巷道，施工速度快，巷道損壞率低，與架棚支護的巷道相比，支護材料投入大大減少維護費用較低，抗災能力也比架棚巷道有很大的提高，在同類巷道支護中有示范作用。

[1]張亮，方新秋，郭輝.復合頂板松軟煤層巷道變形破壞機理及合理支護設計[J].煤礦安全，2012，（2）：64.

[2]周向志.煤巷錨桿支護技術探討 [J].中國煤炭，2002，（02）：25-26.

[3]林世豪.半煤巖巷支護問題探討[J].礦業(yè)安全與環(huán)保，2006，（1）：48.

[4]林世豪，林長柄.破碎圍巖及動壓巷道的支護技術探索[J].煤礦安全，2012，（04）：154-157.

G642.0

A

1674-9324（2014）29-0209-02

福建省高校校立服務海西建設項目（JB10163）。

林世豪（1964-），男，福建龍巖人，副教授，主要從事煤礦開采、巷道支護技術的教學和科研工作。