近距離煤層采空區下錨網索支護技術研究與應用

張寶春

（中國平煤神馬集團平煤股份八礦，河南 平頂山 467000）

近距離煤層采空區下錨網索支護技術研究與應用

張寶春

（中國平煤神馬集團平煤股份八礦，河南 平頂山 467000）

隨著開采進度加快，近距離煤層采空區下掘進開采已成為發展趨勢。因此，摸清圍巖變形規律，采用合理有效的支護方式，控制圍巖的變形，滿足現場安全生產需要成為急需解決的問題。本文闡述了平煤八礦首次在近距離采空區下大斷面切眼采用錨網索支護技術的原理，并介紹了所取得的成功經驗和經濟效益，為平煤八礦在同類條件下巷道施工提供了很好的借鑒。

近距離煤層；采空區；大斷面；錨網索支護

隨著開采進度的不斷加快，近距離煤層采空區下掘進開采已成為發展趨勢。因此，摸清圍巖變形規律，采用合理有效的支護方式，控制圍巖的變形，滿足現場安全生產需要成為急需解決的問題。平煤八礦開采的己16.17煤層屬二疊系山西組，該煤層煤質松軟，頂板為松軟破碎的泥巖與砂質泥巖互層。針對該條件，八礦采用錨網索支護技術，進行了大膽嘗試，在己16.17-13330切眼試驗近距離煤層錨網索支護技術，取得了成功。

1 巷道布置

己16.17-13330工作面位于己三擴大采區東翼中部，上覆的己15-13330采面已回采完畢，采面標高為-503～-555 m,地面標高+76 m，埋深579～631 m。

己16.17-13330切眼掘進工作面巷道為斷面，凈寬6 m，凈高2.6 m，斷面面積為15.6 m2，該工作面己16.17煤層塊狀，半光亮型焦煤，厚度在1.8～2.3 m，平均2.1 m，煤層傾角東緩西陡，傾角8°～21°；采面東高西低，俯角1°～4°。己16.17煤層頂板為5～7 m厚的砂質泥巖，頂部為深色泥巖，含植物根部化石，里含白云母片，中部夾細砂巖，含菱鐵質結核，底板5.2 m厚為細砂巖，巖條帶狀，頂部為深色泥巖，中部夾砂質泥巖[1]。

2 理論依據

2.1 巷道支護拱支與錨網優越性對比

（1）U型鋼支護和工字鋼支護為被動支護，不能有效控制頂板離層下沉，控制巷道的變形量。

（2）巷道周邊圍巖處于高地應力狀態，在高圍巖壓力的作用下，巷道極易變形，支護困難。

（3）支護成本太高，消耗大量鋼材和坑木。

（4）在采面回采過程中增加了回收工序，制約了生產效率，在回收棚子過程中又降低了安全可靠性。

（5）受采場壓力作用，支架易產生變形，回收復用率低。

為了改善此類巷道支護狀況，對巷道周邊圍巖變形機理分析，變被動鋼支護為主動錨支護，有利于安全高效地掘進和回采，所以選用錨網索支護[2]。

2.2 巷道支護參數選擇

2.2.1 頂板錨桿長度計算

按懸吊理論，頂板錨桿長度計算公式為：

式中：L1——錨桿外露長度,一般取100 mm；L2——錨桿錨固段長度，取1 350 mm；L3——錨桿伸入穩定巖層深度，一般不小于300 mm。

根據上面計算，考慮切眼的大斷面，為了確保安全，錨桿長度取L=2 400 mm。

2.2.2 錨桿間排距確定

錨桿間距D≤0.5 L，D≤0.5×1 750=875 mm

式中：n——每排錨桿根數；N——設計錨固力，KN/根；K——安全系數，取2～3；r——上覆巖層平均容重，取24 KN/m3；a——1/2巷道掘進寬度3.1 m。

考慮己15煤層與己16.17煤層層間距較近，所以確定錨桿間排距為850×700 mm，錨索選用Φ17.8×4 000 mm長的錨索，間排距為2 000×1400 mm。切眼支護斷面示意圖如圖1所示。

圖1 切眼支護斷面示意圖

2.3 施工工藝

采用掘進機進行綜掘施工，掘進機在巷道工作面上切割移動的路線為：首先從工作面左幫頂板邊角鉆進，沿煤層層理左右橫掃切割，自上向下逐層切割，直至底板，切割出設計斷面[3]。

2.4 頂板支護系統

（1）提高錨桿支護初錨力。預緊力：頂板及幫部≥200N·m。

（2）合理的三徑匹配。鉆孔直徑、錨桿直徑和樹脂錨固劑直徑應合理匹配。合理的匹配支護可以有效地控制圍巖變形和降低支護費用。

（3）錨索和單體柱及時跟進工作面。錨索長度必須保證錨入穩定巖層1.5 m以上。

（4）錨索與錨桿同排布置，加強支護效果，并20 m安設一組頂板離層儀及十字位移進行觀測。

（5）梯子梁要與巷道頂板寬度同寬，頂網與幫網搭接牢靠。

（6）錨桿支護遇頂板淋水、頂板破碎、地質構造帶等情況時，需在現場標記，加強巡查觀測，根據巷道變形情況及時加大錨桿錨索以加強支護。

3 礦壓觀測結果

3.1 巷道表面平均位移量（十字位移）

巷道表面平均位移量（十字位移），即巷道表面位移曲線如圖2所示。

圖2 巷道表面平均位移量

從圖2中可以看出，里切眼在開挖支護完成后一個月內，斷面收斂變形很小，巷道變形以頂板下沉為主，兩幫移近量最大不超過140 mm，頂板下沉量最大不超過170 mm，巷道圍巖控制效果較好。巷道初期收斂量在掘進25 d左右都趨于穩定[4-5]。

3.2 頂板平均離層量

頂板平均離層量，即頂板離層觀測曲線如圖3所示。

圖3 頂板離層觀測曲線

從圖3中可以看出，頂板離層量整體變化不大，淺孔位移變化最大26 mm，深孔位移變化量最大30 mm。這說明巷道屬于正常下沉，受開挖后巖層間的應力自然釋放，巷道穩定性較好。

通過對礦井己三擴大采區圍巖變形情況的總結分析，筆者結合實際錨桿試驗結果，對近距離煤層采空區下的圍巖進行了地質條件和應力分析，在大埋深、圍巖強度低的條件下提出了錨網索梁聯合錨固系統安全控制技術。即把握好錨桿、錨索、金屬網、托盤、錨固劑、托梁等錨桿支護的關鍵要素，實現各個支護體共同作用，避免被逐個擊破，導致支護失效。

通過己16.17-13330切眼現場位移觀測結果可以看出，巷道頂板最大下沉量為170 mm，兩幫最大變形量為140 mm，巷道斷面收斂率僅為設計斷面的10%。

現場應用表明：近距離煤層采空區下錨網索支護技術研究與應用現場實際操作性強，在系統安全和控制技術理論基礎方面安全可靠，對于類似圍巖條件下控制頂板有較好的指導作用。

4 結語

平煤八礦近距離煤層錨網索支護技術在實踐應用中是可行的，實現了預期的經濟效益，顯示出近距離錨網索支護比鋼拱支護更具有優越性。

1 楊啟楠.基于FLAC～（3D）復合頂煤大斷面煤巷圍巖數控模擬[J].遼寧工程技術大學學報（自然科學版），2012，31（4）：461-465.

2 秦廣鵬，蔣金泉，孫 森，等.大變形軟巖頂底板煤巷錨網索聯合支護研究[J].采礦與安全工程學報，2012，（2）：209-214.

3 蔣志剛，闞 磊，劉 棟，等.厚頂煤大跨度開切眼錨桿錨索支護技術[J].煤礦安全，2012，43（2）：102-105.

4 曲立平，楊 威，孫 明，等.基于綜合主成分分析法的深部煤層底板采動損傷指數的主控指標[J].煤礦安全，2013，44（1）：203-207.

5 張永進.孔莊煤礦“三軟”煤層巷道錨桿支護技術研究與應用[A].中國煤炭學會.煤炭科學與技術研究論文集[C].北京：煤炭工業出版社，2010.60-66.

Coal Seam Goaf Anchor Rope Supporting Technology Research and Application of Near Distance

Zhang Baochun
(China Flat Coal Shenma Group Flat Coal Shares Eight Mine, Pingdingshan 467000, China)

With the accelerated progress of mining, close coal seam mining area under the mining and mining has become the development trend. Therefore, to understand the law of deformation of surrounding rock, the use of reasonable and effective way to support the control of the deformation of the surrounding rock to meet the needs of the safety of the scene to become an urgent need to solve the problem. This paper expounds the principle of using anchor cable support technology in the large section cut-off area in the close-up mined-out area for the first time, and introduces the successful experience and economic benefit. In the same condition Roadway construction provides a good reference.

close distance coal seam; goaf; large section; bolt mesh cable support

TD353

A

1008-9500(2017)07-0105-03

2017-05-29

張寶春（1974-），男，河北昌黎人，工程師，研究方向：掘進支護。