三软煤层“四高一让”支护技术

【摘 要】本文针对深井三软煤层，研究应用了“四高一让”组合支护体系，有效控制了深井三软煤层巷道变形。

【关键词】深井；三软煤层；沿空送巷；四高一让

1 顶底板及煤层岩性及物理力学性质

单县煤田主采（3上）煤层埋藏深（-600～-1200m之间）。矿井开采时地压大、支护相对困难，工作面两巷道支护采用普通锚网支护，顶板下沉、两帮移近量较大。

煤层直接顶板为细砂岩、粉砂岩和泥岩，3（3上）煤层底板为泥岩、粉砂岩或砂质泥岩。泥岩则属于不稳定顶板。煤层软，节理裂隙发育（普式硬度系数只有0.15），对3102轨道顺槽3煤层顶底板煤、岩试样的力学性质测定表明，煤层单向抗压强度平均值为1.56Mpa，顶板岩石单向抗压强度为32.47Mpa，底板岩石单向抗拉强度为18.09Mpa，3煤层属于典型的“三软”煤层。

3102工作面顺槽煤层倾角平均20°、留设4.5m小煤柱沿空送巷掘进，轨道巷的下帮侧为3103工作面采空区，煤柱屈服严重，比较破碎，侧向压力将会更大，支护相对更大。

2 巷道支护参数的确定

2.1 3102轨道顺槽永久支护

①顶板采用高强预应力左旋无纵筋锚杆、W钢带和锚索联合支护，每排布置7根锚杆，锚杆株排距750mm×800mm，靠近两帮的锚杆与巷道顶板成75°夹角；锚索打设在W钢带空档内沿巷道中心线向两边对称布置，锚索为“1-2-1”布置，间排距2400mm×800mm。

②上帮采用等强螺纹钢锚杆、W钢带、锚索联合支护，每排布置5根锚杆，株排距为800mm×600mm，上帮第一根锚杆距顶板不大于300mm，并上仰15°，底脚锚杆使用高强锚杆，距底板距离超过400mm时及时补打一根底脚锚杆，底角锚杆下扎15°。顶角、底脚锚杆使用2块锚固剂锚固，其他锚杆使用3块锚固剂锚固。当施工至距3101工作面停采线30m处时，向前继续施工帮部顶角底角锚杆使用高强锚杆，并打设锚索加强支护，每排施工1根，锚索排距1200mm，打设在W钢带空档内，“三花”布置，分别打设在顶板向下1m并上仰30°、距底板1m水平打设

③下帮采用等强螺纹钢锚杆、W钢带、锚索联合支护，每排布置3根锚杆，株排距800mm×600mm，下帮第一根锚杆距顶板不大于300mm，并上仰15°，底脚锚杆距底板距离超过400mm时，及时补打一根底角锚杆，底角锚杆下扎30°。顶角、底脚锚杆使用2块锚固剂锚固，其他锚杆使用3块锚固剂锚固。当施工至距3101工作面停采线30m处时，向前继续施工帮部顶角底角锚杆使用高强锚杆，并打设锚索加强支护，锚索排距2400mm，打设在W钢带空档并上扎15°，距离巷道顶板1000mm。

2.2 围岩稳定性较差、压力及顶板淋水较大时，锚杆排距缩小至600mm，锚索“2-3-2”打设，排距缩小至600mm，循环进尺缩小至600mm，切割后立即支护

2.3 锚杆长度及株排距确定

按悬吊理论计算锚杆参数可知，施工时顶板选用直径20mm、长度2400mm的高强预应力左旋无纵筋锚杆，两帮选用直径20mm、长度2400mm的等强螺纹钢锚杆，能够满足设计要求。

2.4 支护材料

①锚杆、锚索及锚固剂

顶板采用Q500号锚杆钢制作高强预应力左旋无纵筋锚杆，直径为20mm、长度为2400mm；两帮采用等强螺纹钢锚杆，直径为20mm、长度为2400mm，外露长度为10～40mm；每根锚杆使用2块型号为MSK2550树脂锚固剂固定，锚固剂直径为25mm，长度为500mm，锚固长度不小于1000mm；高强锚杆锚固力不小120KN，预紧力矩不少于300N.m；等强锚杆锚固力不小于80KN，锚杆预紧力矩不少于200N.m。

锚索用直径为Φ17.8mm钢绞线制作，长度为L=6200mm，配型号为12-15的让压管，每根锚索采用1块型号为MSK2550树脂锚固剂和3块MSZ2550树脂锚固剂固定，锚固长度不小于2000mm，每根锚索预紧力不小于120KN，锚固力不小于150KN，锚索外露长度为150～250mm。

②金属网

顶部金属网采用Φ6mm的冷拔钢筋焊制，网格为长×宽=100mm ×100mm；帮部软煤易破碎，金属网眼大，刚度低、过于松弛，护帮困难，采用Φ3.5mm的冷拔钢筋焊制，网格为长×宽=60mm×60mm。

③W钢带、托盘

W钢带成型宽度200mm，板材厚度4mm，顶板W钢带长度4700mm（7眼钢带，眼距750mm）；上帮使用2片长度为1800mm的W钢带顺向搭接，下帮使用1片长度为1800mm的W钢带（3眼钢带，眼距800mm）。

锚杆托盘为正方形，用10mm的钢板压制成弧形，配球形垫，长×宽=140mm×140mm，配12-15TB型让压装置。锚索托盘用长×宽×厚=300mm×300mm×20mm 的高强球型钢板制作（配球型垫），在中间穿一个直径18mm的圆孔；锁具为QVM15-1单孔锁具，配球型垫圈及让压环加强管、导向箍。

3 施工工艺及支护要求

（1）交接班安全检查切割安全检查顶部联网上钢带临时支护打顶（帮）部锚杆眼及锚索眼安装顶（帮）部锚杆及锚索。

（2）锚杆的安装工作不得中断，一锚到底，若锚杆在眼中受阻，则此眼报废，重新打眼锚固，安装托盘应在树脂药卷完全固化后，方可套上托盘，拧紧螺母，给锚杆体施加一定的预紧力。锚杆必须用机械扳手或力矩扳手拧紧，达到规定的扭矩力，确保锚杆的托盘紧贴巷壁。达到规定的安装扭矩。安装的托盘要与围岩、煤帮接触严密，托盘、螺母要上紧上牢，锚杆外露长度不大于40mm。

（3）锚固剂固化前，不要使杆体移位或晃动，尤其是在安装顶眼时更应该注意，锚杆安注后2分钟内不得给锚杆预紧力，更不能拧紧。

（4）在安装过程中要严格按安装步骤操作，避免出现“长尾锚杆”或打不开阻尼现象，否则会大大影响锚杆支护效果甚至失效。

（5）锚杆安装质量检查标准

螺母的树脂阻尼必须全部脱落，否则锚杆无法达到安装载荷：塑料垫圈必须溶化掉；锚杆外露长度10～40mm；用扭矩扳手检验，高强锚杆扭矩不能低于300N.m，等强锚杆扭矩不低于200N.m。

（6）锚索安装时，将预先安装在钻机上锚索搅拌器与锚索尾部连接，快速搅拌锚固剂，搅拌锚固剂的同时钻机推力要最大。锚固剂搅拌时间为20～25秒，搅拌锚固剂停止时要确保锚索托盘靠近岩面。锚固剂搅拌完毕后10～15分钟（现场试验确定）后，安装托盘、球垫圈和索具，并用锚索涨拉器拉紧锚索，锚索安装应力（预应力）10～12t。锚索锚固力大于钢绞线破断力。

4 结论

深井“三软”煤层窄煤柱采用高预紧力及让压技术为核心的“四高一让”技术体系，采用高强让压锚杆及高刚度护表构件并达到预紧力和高锚固力是整个支护系统的关键，能保证巷道围岩变形控制在工程允许范围内，确保安全生产。