王鈺 李罡 田新 王成文

摘 要：錨網索支護是煤礦井下普遍使用的一種支護，優(yōu)點是成本低、施工快、支護效果好，但在特殊地點存在支護效果不理想，甚至可能因支護不達標造成頂板事故。本文提出的復合支護既解決了特殊地點錨網索支護問題，也便于回收重復利用，符合現(xiàn)在煤炭企業(yè)增收節(jié)支的理念。

關鍵詞：錨網索;支護;頂板

中圖分類號：TD353 文獻標識碼：A 文章編號：1003-5168（2019）17-0110-03

Abstract： Anchor mesh cable support is a kind of support commonly used in coal mine. Its main advantages are low cost， fast construction and good support effect， but there will be unsatisfactory support effect in special places， and even roof accidents may be caused by substandard support. The composite support proposed in this paper ?not only solves the problem of anchor mesh cable support in special places， but also is convenient for recovery and reuse， which is in line with the concept of increasing revenue and saving expenditure in coal enterprises.

Keywords： anchor mesh cable;support;roof

煤礦井下巷道支護的合理選擇關系著整個開采過程的安全生產。隨著煤礦開采深度和開采強度不斷增加，對煤礦巷道支護技術所起到的安全作用提出了更高要求。我國煤炭開采歷史悠久，支護也經歷了多次變革，主要有棚式支護（木棚、工字鋼棚）、砌碹支護、U型鋼支護、錨桿支護、錨索支護等。隨著開采成本增加，需要在井下不同條件下選擇成本低且支護強度符合要求的支護方式。錨網索支護是大部分礦井使用的一種支護方式，具有以下幾點優(yōu)點：一是勞動強度低、施工速度快，符合目前礦井快速掘進、快速支護的要求，能提高掘進速度，縮短掘進工期;二是支護效果好，能夠通過提高圍巖自穩(wěn)能力來提高巷道圍巖強度，對于成層、含裂隙巖體都有較好的效果;三是適用范圍廣，通過改變錨桿長度、直徑、間排距、錨桿端部的桁架聯(lián)系，結合錨索、梯子梁、噴砼等基本適用大部分范圍;四是支護成本低，符合現(xiàn)有煤炭行業(yè)節(jié)支增效形式。但錨網索支護也存在以下缺點：一是支護范圍仍有局限，達不到三軟煤層支護強度;二是錨網索支護巷道圍巖活動狀況具有隱蔽性，圍巖的破壞失穩(wěn)一般沒有明顯預兆，不易被人們察覺，頂板的破壞失穩(wěn)往往具有突發(fā)性且冒落規(guī)模較大[1]。

1 礦井基本情況

千秋煤礦位于義馬市南1～2km，是河南大有能源股份有限公司骨干礦井之一，礦井東鄰北露天礦和躍進煤礦，西接耿村煤礦，北以煤層露頭線為界，南以F16斷層為界。井田走向長4.0～8.5km，傾斜長1.4～4.0km，面積17.645km2。井田含煤地層為中侏羅統(tǒng)義馬組，井田內可采煤層由上而下發(fā)育有2-1煤、2-3煤（2-1煤和2-3煤合并后統(tǒng)稱為2-3煤）。

千秋煤礦為高瓦斯、沖擊地壓礦井，開采煤層為一類自燃。為降低沖擊地壓給礦井安全生產帶來的影響，礦井在2016年恢復生產后，經研究決定，實施戰(zhàn)略轉移，暫停二水平生產活動，將采掘活動在由二水平轉移至一水平（+320m水平），在+320m水平大巷煤柱布置MZ101綜采工作面[2]。

2 工作面概況

2.1 地面相對位置及鄰近采區(qū)開采情況

MZ101工作面上巷對應地表為丘陵，起伏較大，無村莊、水體。MZ101工作面上巷位于+320m水平大巷煤柱內，北鄰+320m水平總回風巷、山韭溝新建礦，南鄰+320m水平大巷、18091、18092工作面（已采），西鄰姚四下山煤柱。地面標高+506～+588.9m，工作面標高+297.9～+352.5m，平均采深222.1m。

2.2 煤層賦存特征

2.2.1 煤層。MZ101工作面上巷布置在二煤層中，沿2-3煤層底板掘進。二煤層含2-1煤、2-3煤兩層煤，層間距1.2～2.3m，全煤層有益煤厚為5.6～9.8m，平均8.5m，煤層厚度變化區(qū)間大，自北向南，自東向西逐漸增厚，可采性指數(shù)Km=1，為較穩(wěn)定型厚煤層。

2-1煤為黑色塊狀及粉末狀，半亮型，結構復雜，含夾矸2-5層。夾矸主要為細砂巖、粉砂巖、泥巖，含矸率高，全層厚度5.2～10.5m，厚度變化較大。

2-3煤為黑色小塊狀及粉末狀，半亮型，半暗型，結構復雜，含炭質泥巖夾矸3～5層。夾矸主要為細砂巖、粉砂巖、泥巖，全層厚度4.1～9.0m，厚度變化較大。

2.2.2 頂?shù)装?。二煤煤層直接頂為深灰色致密狀泥巖，井田內由東向西逐漸變厚。老頂下部為泥巖、砂巖、礫巖互層，上部為厚層礫巖層。煤層底板在井田東部、西部以淺為礫巖，西部以深礫巖變薄，并漸變?yōu)轲ね翈r。結合MZ101工作面區(qū)域已有的鉆孔柱狀圖，對MZ101工作面區(qū)域煤巖層分布綜合分析如下。

2-1煤煤層直接頂為深灰色致密塊狀泥巖、性脆易斷，斷口呈平坦狀，含植物化石碎片，間夾極薄層細砂巖、粉砂巖，厚度1.5～4.6m，由東向西逐漸變厚，平均厚度1.2m，分布較穩(wěn)定。老頂為礫巖，平均厚度37.2m。煤層底板為細砂巖，厚度1.2～2.3m。老底為粉砂巖、泥巖、細砂巖、礫巖互層，泥質膠結，厚度120.2～253m，平均厚度186.6m。

2-3煤煤層直接頂板為細砂巖，厚度1.2～2.3m。煤層直接底為灰色、深灰色礫巖，致密塊狀，間夾細砂巖、粉砂巖薄層，礫石成分以石英巖、石英砂巖為主，礫徑16～120mm，呈次核狀至次圓狀，分選性差，為泥質-基底式膠結，厚度3.7～10m，平均厚度8.7m;老底為灰色細砂巖，夾深灰色泥巖條帶，發(fā)育多組壓性裂隙，厚度大于10m。

2.2.3 地質構造。在MZ101工作面上巷設計停采線以西478m處見F3-7正斷層，產狀288°∠50°～75°，落差1.7～2.7m，對MZ101工作面上巷掘進有一定影響。MZ101掘進工作面上巷東部有一寬緩、不對稱的向斜，向斜樞紐傾伏方向310°，傾伏角6°～9°，即該向斜樞紐由淺部向深部N27°E延伸，對煤層產狀有一定影響，局部煤體較破碎。

2.3 巷道斷面

MZ101工作面上巷巷道設計為微拱形斷面，凈寬5.5m，凈高3.5m，凈斷面積16.06㎡，設計腰線至底板高度1.2m。

MZ101工作面上巷采用全斷面錨網索支護方式。經過支護參數(shù)設計，根據(jù)經驗和現(xiàn)有材料，錨桿采用直徑22mm普通螺紋鋼左旋錨桿（屈服極限335MPa），錨桿長度取2.4m，間排距1 000mm×1 000mm，每排使用11根，錨桿預緊扭矩不小于300N·m，錨固力不小于127kN。錨索支護參數(shù)采用經驗類比法選取，MZ101工作面上巷寬度5.5m，采用直徑17.8mm×6.3m普通預應力鋼絞線錨索。錨索錨固力不小于260kN，間排距2 000×2 000mm，每排數(shù)量3根滿足安全要求。

MZ101工作面上巷自2017年1月開始施工，于2017年10月建成，上巷400～480m及東部區(qū)段受地質構造影響，頂板破碎，在掘進時曾因支護不到位，發(fā)生過小冒頂，在采取普通加強支護3個月后曾出現(xiàn)頂板下沉現(xiàn)象。MZ101工作面上巷掘進期間過老巷7條，其中，3條平交，過老巷段頂板破碎，錨網索支護也不理想。

3 復合加強支護設計

MZ101工作面上巷400～480m頂煤破碎段和過老巷段頂板不穩(wěn)定，為錨網索支護不可靠地段。因此，為了保證巷道支護科學合理，在錨網索支護不能滿足安全生產需要時及時采取復合支護加強頂板管理。經過多年支護經驗和多次支護試驗，對比架設全斷面36U型微拱梁、巷道兩側雙液壓抬棚等支護優(yōu)缺點，最終采用了“新型36U型微拱梁+單體液壓支柱”支護形式[3]。

3.1 優(yōu)缺點對比

3.1.1 方案1。架設全斷面36U型微拱梁。優(yōu)點：全斷面支架，支護范圍大。缺點：①單獨采用全斷面36U型微拱梁，時間長、來壓時可能造成局部支護變形;②支護費用高;③安裝、拆除、運輸時勞動強度大，耗費時間長。

3.2.2 方案2。巷道兩側雙液壓抬棚。優(yōu)點：支護強度大。缺點：①支護費用高;②支護處支護強度大，抬棚之間及兩側支護弱，支護范圍較全斷面36U型微拱梁小。

3.2.3 方案3。新型36U型微拱梁+單體液壓支柱。優(yōu)點：腿梁更易搭接，后期回采時，拆棚速度快，省時省力，且支護強度可以滿足現(xiàn)場安全需要。缺點：巷道兩側支護強度較低，在巷道兩幫來壓后或維護不到位，易出現(xiàn)單體支柱歪斜或卸載，需定期檢查維護。

經對比，最終采用了“新型36U型微拱梁+單體液壓支柱”支護形式。

3.2 新型36U型微拱梁+單體液壓支柱

架設36U型微拱梁配單體液壓柱支護，一梁兩柱，單體液壓柱采用DW38-250/110LX單體液壓柱，棚距0.8m;柱窩0.2m。單體柱及液壓抬棚打設后采取可靠防倒措施，單體柱與微拱梁采用不小于13mm鋼絲繩配繩卡子捆綁防倒，單體液壓支柱初撐力不能小于90kN。

3.2.1 支護斷面圖。支護斷面圖如圖1所示。

<C：＼Users＼hnkj＼Desktop＼河南科技（創(chuàng)新驅動）2019年第17期_103970＼Image＼image1_1_2.png>[5 500][4 500][3 500][南幫][單體支柱][風筒][1 000][36U型微拱梁][單體支柱][液壓抬棚][450][北幫]

圖1 MZ101上巷架棚支護圖

3.2.2 施工方案。架設36U型微拱梁配單體液壓柱，先對頂板下沉嚴重段架設進行加強支護，架設微拱梁后，重新升緊液壓抬棚，達到支護強度，逐架進行。

3.2.3 架棚技術要求。①36U型微拱梁，間距誤差不大于50mm，梁水平度不大于40mm，支架梁扭矩不大于50mm，前傾后仰不大于1°。②原則上不動頂，巷道肩膀頭及幫上有網兜、渣包及時剪網放掉，若錨桿失效，及時補打錨桿支護，并對周圍的錨桿重新緊固達到要求。③上幫（行人側）單體柱垂直打設后距道軌不得低于0.45m，下幫單體柱可傾斜打設，鐵管子及風筒要在巷道南幫。④架棚不得出現(xiàn)前傾后仰、調斜現(xiàn)象，柱腳加墊木，中腰線誤差不得超過±50mm;嚴禁空頂，出現(xiàn)空頂距離超過200mm以上時用圓木、半圓木絞架背頂，背牢背實。⑤架棚施工工藝：施工前準備—挖柱窩—降液壓抬棚—上梁—升緊液壓抬棚—豎單體柱—安裝防倒繩。

4 其他預防措施

4.1 加強施工現(xiàn)場管理，抓好錨桿錨網的安裝質量

施工打眼時，要嚴格按標記深度鉆眼，錨桿眼的深度應小于錨桿長度50mm，誤差不超過10mm，以利于安裝后托板緊貼煤壁面。錨桿錨索安裝必須按照作業(yè)規(guī)程規(guī)定的施工操作程序進行，預緊力必須達到設計要求，托盤要緊貼煤壁面。在條件變化地帶，要根據(jù)現(xiàn)場實際情況調整支護密度增加支護強度。

4.2 頂板離層觀測

頂板離層儀用于監(jiān)測巷道頂板、巷幫的圍巖層分離產生的位移，作為頂板安全管理技術的一項措施，為錨桿支護的設計及工程經驗積累提供可靠數(shù)據(jù)依據(jù)。為了準確反映頂板的變化情況，在巷道拐點前30m安裝頂板離層儀，以后每隔50m安裝一個，施工單位記錄好原始數(shù)據(jù)。距迎頭50m（含50m）以內每天觀測一次;50m以外每周觀測一次，觀測點實行掛牌管理，專人負責觀測數(shù)據(jù)，建立觀測檔案。生產技術管理部門對觀測數(shù)據(jù)隨時進行認真對比分析，總結頂板變化的規(guī)律性，主要確定巷道頂板下沉等現(xiàn)象。若頂板下沉量超過10mm/d，應采取加強復合加強支護措施進行處理。

5 結語

此加強復合支護在MZ101工作面掘進時解決了支護強度弱的問題，經過使用，完全滿足現(xiàn)場安全生產需要。通過加強復合支護，并推廣應用到礦井其他巷道丁字口、十字頭、地質條件變化帶、過老巷段、鉆場口等錨網索支護強度達不到的地段，不僅增加了支護強度、控制了頂板、減少了重復擴修，而且此加強復合支護可快速投入使用、可重復使用，減少材料投入，符合現(xiàn)在煤炭企業(yè)增收節(jié)支的理念[4]。

參考文獻：

[1]焦穩(wěn)鋒.煤巷快速掘進技術研究[J].技術與市場，2017（12）：183-184.

[2]高慧琪.大斷面煤巷掘進技術優(yōu)化及實踐[J].煤炭與化工，2017（10）：29-32.

[3]周茂春，周學斌，王多春，等.深部大斷面硐室高強穩(wěn)定型支護技術[J].煤礦開采，2010（3）：62-63.

[4]王浩杰.煤礦掘進巷道支護技術研究[J].能源與節(jié)能，2019（5）：147-148.