龍宮煤業25105回風巷錨網索棚聯合支護技術應用

徐龍舉

(山西華融龍宮煤業有限責任公司，山西 原平 034114)

長期以來，由于我國以煤為主的能源賦存特征，決定了煤炭一直是支撐我國國民經濟快速發展的主要消費能源之一，且短期內不會改變。我國煤礦以地下開采為主，需要掘進大量的地下巷道，相關資料顯示，我國地下年掘進巷道長度已經達到2萬km以上，因此，實現服務期內巷道的穩定控制是保證煤炭安全生產的必要前提[1-2]。隨著煤炭開采強度的不斷增加，煤炭開采逐漸向深部轉移，由于地下煤巖層在深部高地應力、地溫等作用下，巷道掘進極易出現大變形現象，為此，針對深部巷道圍巖控制難題，國內外相關專家學者和技術人員進行了大量研究，并提出了如高強度錨網索聯合支護、鋼管混凝土支護等支護技術與形式[3-5]。龍宮煤業25105回風巷埋深在621～676 m，受深部高地應力影響，巷道圍巖控制難度較大，本文以龍宮煤業25105回風巷為工程背景，開發深部巷道錨網梁索棚聯合支護技術，為類似條件下巷道支護技術設計提供借鑒。

1 工程概況

龍宮煤業25105回風巷道服務于25105工作面，用于滿足回風、運輸、行人的需要。25105工作面開采5號煤層，位于二水平一采區，工作面地面標高1 462～1 539 m，井下煤層底板標高841～863 m。25105工作面北部為25103工作面，南部為25106工作面，西部為采區集中輔助運輸下山，東部為F9斷層保護煤柱，采掘工程平面示意見圖1。地質資料顯示，25105工作面整體呈單斜構造，地層走向北東，傾向北西，傾角14～22°，平均傾角18°，開采區域煤層賦存較穩定，煤層厚度2.0～9.08 m，平均煤厚7.70 m，普氏系數為2，煤層結構復雜。煤層直接頂為砂質泥巖，平均厚度為3.78 m，抗壓強度35.2～36 MPa，平均35.5 MPa，屬于較穩定頂板；老頂為砂巖，平均厚度7.0 m，抗壓強度105.2～110.5 MPa，平均107.6 MPa，屬于穩定頂板；底板為砂質泥巖，平均厚度為8.39 m，抗壓強度38.0～41.2 MPa，平均39.5 MPa，屬于較穩定底板。底板未發生過底鼓現象，煤層頂底板特征見表1。根據龍宮煤業25105回風巷道生產地質條件以及設計要求，25105回風巷道沿煤層底板掘進，設計25105回風巷道為梯形斷面，掘進寬度上3.2 m/下4.9 m，掘進高度3.2 m。

圖1 25105工作面采掘工程平面示意

表1 煤層頂底板特征

2 深部巷道錨網索棚聯合支護技術

2.1 深部巷道支護思路和原則

1) 頂板軟弱煤體被動強化支護。龍宮煤業25105回風巷道頂板為4.5 m厚的軟弱煤體，質軟，易出現離層現象，因此，采用棚式支護對巷道頂板軟弱煤體進行強化支護，加強巷道頂板軟弱煤體的支護強度，避免巷道頂板煤體大范圍離層、碎脹引起巷道支護結構失效。

2) 及時強化頂幫軟弱煤體主動支護原則。龍宮煤業25105回風巷道掘出后，由于巷道頂幫均為煤體，煤體由表層由三向約束轉為單向自由的狀態，易出現離層、片幫等現象，自穩能力差，因此，巷道掘出后應及時主動支護，強化巷道頂幫軟弱煤體，從而促使巷道頂幫軟弱煤體與支護結構形成有效統一的承載結構，共同約束巷道變形。

3) 利用穩定巖層承載能力。龍宮煤業25105回風巷道老頂為砂巖，平均厚度7.0 m，抗壓強度105.2～110.5 MPa，平均107.6 MPa，屬于穩定頂板，具備較強的承載能力，因此25105回風順圍巖控制應采用加長錨索，將頂板軟弱煤體錨固至平均7.0 m厚的老頂砂巖，從而進一步改善巷道圍巖結構環境。

2.2 錨網索棚聯合支護技術

基于龍宮煤業25105回風巷道實際生產地質條件、深部巷道支護思路和原則，開發錨網索棚聯合支護技術，圖2給出了龍宮煤業25105回風巷道支護斷面圖，具體參數如下：

1) 工字鋼棚式支護。采用3.0 m長11號礦用工字鋼棚梁和3.3 m 長11號礦用工字鋼棚腿等腰梯形斷面架棚支護。扎角294 mm/m，棚腿上端焊有防掉棚梁護板, 棚腿下端焊有金屬墊板，棚距中至中0.7 m，單雙棚間隔支設，第一架使用雙棚(并排兩架棚)，柱窩深度不小于0.2 m，棚腿要支設在實底上，柱窩為煤要穿木鞋，木鞋規格長×寬×厚=400 mm×200 mm×50 mm。

頂幫均鋪菱形網，規格：長3 000 mm、寬800 mm(網孔50 mm×50 mm)。網與網搭接100 mm，每300 mm聯一扣，每扣擰2～3圈，聯網絲采用14號鐵絲。頂網的長邊與棚梁平行，幫網長邊與棚腿平行。

2) 錨桿(索)支護。每架棚檔內頂部打5根錨桿，兩幫各打4根錨桿，頂錨桿使用直徑18 mm、長2 250 mm錨桿，間距800 mm，每隔1排錨桿，布置1條3 m鋼帶，錨索打在鋼帶2、4孔內，錨索為D15.24 mm×9 000 mm左旋鋼絞線，每根錨索均用1支CK2335、2支MSK2360樹脂錨固劑固定，每根錨桿均用1支MSK2360樹脂錨固劑固定，托盤采用木托盤配合中間有圓孔的圓型鐵盤使用，圓托盤直徑120 mm，厚度不小于8 mm，每幫打設4根錨桿，采用直徑18 mm、長度2 250 mm的螺紋鋼錨桿，托盤為中間有圓孔的矩形鐵板制作，長、寬各150 mm，厚度不小于8 mm，每根錨桿用1支MSK2360樹脂錨固劑。

圖2 龍宮煤業25105回風巷道支護斷面圖(mm)

3 圍巖控制效果

將開發的深部巷道錨網索棚聯合支護技術應用于龍宮煤業25105回風巷道，同時在25105回風巷道掘進后，及時采用十字測試法監測25105回風巷道圍巖變形，回風巷道掘進后0～150 d的圍巖變形曲線,見圖3。

圖3 龍宮煤業25105回風巷道圍巖移近曲線圖

由圖3可知，25105回風巷道掘進后90 d內，圍巖變形較快，該階段內(90 d)25105回風巷道頂板、底板、左幫、右幫累計變形量分別為120 mm、138 mm、102 mm、92 mm，平均變形速度分別為1.33 mm/d、1.53 mm/d、1.13 mm/d、1.02 mm/d。兩個月后25105回風巷道圍巖變形顯著降低，頂板、底板、左幫、右幫變形速度均降低至0.1 mm/d以下。25105回風巷道掘進穩定后，頂板、底板、左幫、右幫累計變形分別為131 mm、150 mm、105 mm、101 mm。綜上所述，龍宮煤業25105回風巷道頂板、底板、左幫、右幫圍巖變形量均在可控范圍內，同時現場調研結果顯示，25105回風巷未發生大的變形，證明了深部巷道錨網索棚聯合支護技術及參數的可靠性。

4 結 語

深部巷道圍巖控制難度較大，以龍宮煤業25105回風巷道生產地質條件為工程背景，提出了頂板軟弱煤體被動強化支護、及時強化頂幫軟弱煤體主動支護原則、利用穩定巖層承載能力的深部巷道支護思路和原則，開發了深部巷道錨網索棚聯合支護技術。現場應用后，及時監測了巷道變形情況，25105回風巷道掘進穩定后，頂板、底板、左幫、右幫累計變形分別為131 mm、150 mm、105 mm、101 mm，變形可控，未發生大的變形，證明了深部巷道錨網索棚聯合支護技術及參數的可靠性。