厚煤頂復合頂板區段平巷支護技術研究

梁俊春

（山西汾西礦業集團中興煤業， 山西 交城 030500）

引言

巷道掘進作為煤礦采掘生產的重要環節，其掘進后的巷道支護問題對于保障巷道的正常使用和后期的安全高效生產具有極為重要的作用。但是由于巷道地質條件較為復雜，圍巖狀況較差，且經歷巷道掘進、回采期間的多次應力擾動，其巷道圍巖控制面臨較大挑戰，對我們的支護技術要求較高。尤其是對于僅供回采使用的區段平巷來說，其所承受的礦山壓力最為前沿[1-3]，雖然服務時間較開拓巷道和準備巷道短，但由于直接承受工作面采動應力影響，其圍巖支護工況最為復雜，對支護設計的要求更高，特別是當巷道沿煤層底板掘進，巷道頂板為煤層時，其留煤頂的支護技術就更為關鍵，加之巷道支護成本控制的問題，這就要求我們在面臨煤層復合頂板區段平巷的支護設計時，應充分考慮針對性的支護理論、支護方案和參數設計，來將巷道圍巖變形控制在合理范圍，保障巷道的安全有效支護。

1 工程概況分析

某礦主采11號、10號煤層，兩層煤為近距離煤層，1101工作面運輸平巷沿11號煤層底板掘進，其頂板為10號煤層、夾矸、9號煤層，9號煤層上部位堅硬的石灰巖層，故1101運輸平巷為典型的厚煤頂復合頂板巷道，該巷道頂底板巖性賦存情況如表1所示。因此，1101運輸巷掘進高度3m，其上覆頂板分別為10號煤層、夾矸層、9號煤層以及石灰巖層，其巖性差別較大，直接頂為煤、矸混合的軟弱巖層，裂隙較發育，自溫性能差；而基本頂為較厚的完整石灰巖，巖性差別大，對支護造成較大困難。本文針對其厚煤頂復合頂板的巷道支護方案進行設計，并通過后期的施工及觀測對支護效果進行驗證，以期實現巷道快速安全掘進、圍巖高效可靠支護以及支護方案技術經濟效果好的綜合目的。

表1 工作面頂底板巖性賦存特征表

2 復合頂板破壞特征及影響因素分析

復合頂板一層或多層煤層與巖層混合構成的頂板，其主要特點是煤巖層之間巖性差別較大，軟弱巖層內部節理裂隙發育，內聚力較差，容易從上部巖層中脫落，導致發生離層失穩，對巷道支護不利，且復合頂板多見于巷道沿沒巖層底板掘進，在我國西部厚及特厚煤層采掘過程中極為常見，因此有必要對復合頂板的破壞機理進行研究。

對于巷道掘進后頂板圍巖發生的破壞，其主要破壞形式包括局部煤巖塊脫落、拉裂破壞、剪切破壞、爆破落矸、風化落矸等。對于復合頂板的巷道圍巖破壞特征，則主要包括以下幾個方面[4-5]：

2.1 巷道頂板控制難度最大

復合頂板圍巖控制的重點難點均在于對頂板的支護，復合頂板不同巖性的頂板間極易出現滑動和離層現象，滑動主要是由于巖層間的剪切、錯動，各煤巖層沿著破壞的節理面在近水平的方向滑動，同時，由于拉裂破壞，節理面不斷張開，煤巖層間的聚合效應失效，失去相互之間的黏結和支撐，表現為巷道頂板的離層。且根據研究，復合頂板巷道的頂板離層值與巷道寬度值得四次方成線性比例關系，且越靠近巷道中部，巷道離層量越大，圍巖破壞程度越大，巷道支護難度越大。

2.2 突發性頂板事故概率大

巷道若為復合頂板，其復雜性、特殊性導致頂板發生突發性事故的概率增大，容易發生巷道局部漏冒、支護困難的問題，或巷道后期使用維護過程中出現頂板垮落、變形嚴重等。例如，在特殊地質區域，斷層、煤巖破碎帶、頂板淋涌水區、頂煤厚度變化帶等，容易出現頂板冒頂事故，或者后期維護時出現頂底板移近量突然增大，斷面收縮嚴重等失修情況，對巷道支護極為不利。

2.3 巷道底鼓出現新變化

巷道的支護重點往往集中在頂板及兩幫，對巷道底板的控制重視性不夠，而對于復合頂板巷道，可能會因為對復合頂板的針對性考慮不全，導致支護方案針對性較差，對頂板的支護效果差，尤其是對于大斷面區段巷道，圍巖應力往往會轉移至底板，造成巷道底鼓量增大，影響巷道的正常使用，同時又會引發頂板及兩幫支護的失效惡化，因此，引起足夠的重視。

3 巷道支護方案設計及應用

結合以上分析，針對本礦巷道支護經驗及礦壓顯現具體情況，確定該巷道支護采用錨網支護方式。

頂板支護參數：選用Φ20 mm×2400 mm預緊力錨桿，間排距為800 mm×1000 mm，沿走向每排打設6根錨桿；每根錨桿使用兩支CK23/50型樹脂錨固劑進行端頭錨固，錨固力不小于64 kN；金屬網使用8號鐵絲編制的菱形網，網孔50 mm×50 mm；錨桿托盤使用長寬厚200 mm×200 mm×50 mm的木托盤，錨桿外露長度10～20 mm。

工作面側幫部支護參數：選用Φ20 mm×1800 mm玻璃鋼錨桿，間排距為500 mm×1000 mm，沿走向每排打設4根錨桿；每根錨桿使用兩支CK23/50型樹脂錨固劑進行端頭錨固，錨固力不小于64 kN；使用礦用塑編網掛網支護，其他參數同頂部支護。

另一側幫部支護參數：選用Φ20 mm×2400 mm預緊力錨桿，間排距為500 mm×1000 mm，沿走向每排打設4根錨桿；每根錨桿使用兩支CK23/50型樹脂錨固劑進行端頭錨固，錨固力不小于64 kN；金屬網等參數同頂部支護。

現場采用以上方案及參數對巷道進行支護，巷道服務期間使用“十字測站法”對巷道圍巖變形量進行觀測，巷道掘進后40 d巷道變形趨于穩定，所測得的頂底板最大移近量52 mm，兩幫最大移近量125 mm，變形量處于有效控制范圍內。

4 結語

在1101運輸巷回采服務期內，在進入巷道回采工作面超前支承壓力疊加影響范圍前，巷道圍巖變形累計量值不大，在進入巷道超前支承壓力影響范圍后，配合工作面30 m范圍內的超前支護措施，能夠保證巷道圍巖的有效控制及端面尺寸的正常使用。現場觀測結果表明：1101運輸巷采用設計的支護方案，配合有效的維護措施及超前支護方案，能夠保障巷道圍巖的穩定性，實現了預期的技術經濟效益。

[1]趙濤.煤巷復合頂板錨桿支護技術研究[D].西安：西安科技大學，2014.

[2]高峰，李純寶，張樹祥.復合頂板巷道變形破壞特征與錨桿支護技術[J].煤炭科學技術，2011，39（8）：3-25；34.

[3]楊峰，王連國，賀安民，等.復合頂板的破壞機理與錨桿支護技術[J].采礦與安全工程學報，2008（3）：286-289.

[4]蒲源源.金辛達煤礦含煤復合頂板巷道圍巖穩定性控制技術研究[D].北京：中國礦業大學（北京），2016.

[5]常聚才.深井復合頂板回采巷道支護技術研究[J].煤炭科學技術，2016，44（6）：60-63；77.