木瓜煤礦回采巷道復合頂板協同支護技術應用

李 南

（霍州煤電集團呂梁山煤電有限公司，山西 方山 033100）

1 工程概況

霍州煤電集團呂梁山煤電有限公司方山木瓜煤礦10-201工作面位于二盤區準備巷道南翼，工作面上部為實體煤巖層，以北緊鄰二盤區三條準備大巷，以南靠近礦井井田邊界，以西為實體煤，以東緊鄰風氧化帶，靠近礦井井田邊界，工作面開采9#+10#煤層，工作面傾向長度245 m，走向長度1 081 m，9#+10#煤層均厚5.27 m，平均傾角8.5°，煤層頂底板巖層特征見表1，10-201 運輸順槽沿煤層底板掘進，掘進斷面為矩形，掘進巷道凈寬為4 400 mm，凈高為3 000 mm，巷道頂板巖層為復合頂板巖層，9#+10#煤層節理裂隙較為發育，煤層松軟。為確保10-201 運輸順槽圍巖的穩定，需擬定有效的巷道圍巖支護方案。

表1 煤層頂底板巖層特征

2 協同支護技術

巷道頂板最易發生破壞的地方出現在肩角和頂板中間位置處［1-2］，巷道頂板最大彎曲正應力會隨著幫部極限塑性區的增大而不斷增大，當巷道幫部極限塑性區出現變形后，若不及時加強巷道幫部支護，控制住兩幫的變形，將會導致巷道頂板的最大拉應力不斷增大，直至達到頂板巖層強度的極限值而發生頂板拉伸破斷［3-4］。

針對復合頂板特點，確保巷道圍巖穩定的關鍵是控制幫部的變形，通過強化幫部煤體的強度，以加強巷道頂板的穩定，進而達到控制巷道圍巖穩定的目的，即采取頂幫協同支護技術［5-6］。其支護工藝特點如下：巷道開挖后，在巷道復合頂板上打設錨桿和錨索，實現復合頂板承載強度的強化，確保錨索能夠錨固在穩定巖層內，達到控制各巖層間離層變形的目的；巷道幫部同樣采用錨桿+ 錨索進行聯合支護，其中幫部錨桿的主要作用為加強幫部煤體錨固體的強度，錨索的主要作用為將幫部塑性區煤體錨固在深部未發生破壞的煤體內，達到控制提高幫部煤體強度、控制幫部塑性區進一步發育的目的，有效增強煤體的強度和承載能力。該巷道頂幫協同支護技術見圖1。

圖1 頂幫協同支護技術

3 支護方案

結合地質條件，該巷道支護擬采用頂幫協同支護技術，其支護方案技術要求、特點如下：

1）支護方案中采用“三高”錨桿及配件進行支護，錨桿屈服強度應大于500 MPa，配套采用錨桿減摩墊圈和大托盤。

2）錨索采用高錨固力恒阻讓壓錨索，錨索長度大于5 000 mm，確保錨索能夠錨固在深度錨點內，錨索中設置讓壓裝置，保障錨索在支護時能夠實現讓壓與支護協同作用，確保錨索不會出現拉斷現象。

3）幫部采用錨桿索聯合支護，錨桿采用高強錨桿配套減摩墊圈和托盤，錨索長度應大于4 500 mm，錨桿索配套采用M型鋼帶和M托盤。

4）針對局部松軟區域，采用超前大范圍長孔注漿加固煤體，在煤幫噴射馬麗散材料薄層，保障錨桿索錨固在煤體內，隨后進行鉆錨注二次注漿加固。

該巷道設計支護主要參數如下：

（1）頂板支護：頂板采用錨網帶支護，錨桿采用高強錨桿，規格為Φ20 mm×2 400 mm，間排距為800 mm×700 mm，配套采用M型托盤，規格為150 mm×150 mm×12 mm，錨桿錨固劑為120 kN，預緊扭矩不小于200 N·m；錨索采用讓壓錨索，規格為 Φ21.6 mm ×8 000 mm，間排距為1200/1300 mm×700 mm，配套采用鐵托盤，規格為400 mm×400 mm×20 mm，采用內徑為22 mm 的讓壓管，安裝在托盤與錨索間，錨索預緊力為150 kN，護頂采用金屬網，規格為2 000 mm×900 mm。

（2）幫部支護：同樣采用錨網帶支護，錨桿采用高強錨桿，規格為Φ20 mm×2 400 mm，間排距為800 mm×700 mm，幫部從距頂板300 mm時打設，底部從距底板400 mm 處打設，錨桿錨固力為100 kN，預緊扭矩為150 N·m，配套采用M5鋼帶和M托盤，鋼帶展寬為173 mm，厚度為5 mm，M托盤規格為150 mm×100 mm×12 mm。幫部在鋼帶第二根錨桿處，將錨桿替換為錨索，錨索規格為Φ18.9 mm×4 800 mm，呈W型布置，錨索預緊力為100 kN，同樣采用金屬網進行護幫。

該巷道支護設計見圖2。

圖2 10-201 運輸順槽支護斷面

4 效果分析

該巷道采用頂幫協同支護技術后，應用十字布點法進行巷道表面位移量的持續觀測分析，根據觀測結果得出頂底板及兩幫移近量隨時間巷道掘出時間的變化曲線見圖3。

圖3 巷道表面位移曲線

從圖3 可知，頂底板及兩幫變形主要出現在巷道掘出后的0～30 d內；巷道掘出時間大于30 d后，圍巖變形速率大幅降低；當巷道掘出40 d后，頂底板及兩幫變形已達到穩定狀態；最終頂底板及兩幫最大變形量分別為72 mm 和119 mm，數據表明巷道圍巖整體穩定。

5 結語

根據10-201工作面的地質條

件，結合其復合頂板特點，回采巷道擬采用協同支護技術；巷道頂板及幫部均采用錨（索）網支護方案，并選擇合理支護參數；實測該巷道頂底板及兩幫最大移近量分別只有72 mm 和119 mm，巷道圍巖穩定；應用表明，實施協同支護后，該巷道能滿足開采工藝要求。