巷道过天然焦支护技术探讨

[摘 要]通过对杨柳煤矿西翼运输及行人上山过天然焦过程中遇到的支护技术难题进行研究，结合现场实际情况，采用了“超前撞楔+锚网索喷”复合支护措施，取得了良好的支护效果，为今后的巷道过天然焦支护提供了宝贵的技术经验。

[关键词]天然焦 复合支护 支护效果

中图分类号：TD353 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）10-0247-01

前言

随着煤矿开采程度的增大，开采条件也日趋复杂，杨柳煤矿西翼运输及行人上山设计为下山穿层施工，施工过程中将揭露10煤天然焦及巨厚火成岩。由于受岩浆的侵蚀和烘烤变质影响，破坏了煤的原生结构和构造，使煤质变软或软硬不均，强度降低，层理紊乱，松散破碎。天然焦从外观上看致密坚硬，比煤层稳定，但其极易风化膨胀，挤压力大，作用时间长，对巷道的支护破坏大。

在实际施工过程中，随着掘进工作面不断接进煤层，集中应力区的作用越来越明显。呈现顶板破碎，煤岩离层严重等现象。造成顶板支护困难，巷道成形差，工程进度缓慢，并且冒漏顶及大量的瓦斯涌出时有发生，给巷道施工带来安全威胁。

在以往的揭煤穿层巷道的托顶煤施工期间，通常采取2种支护方案：锚网喷支护或者U型钢支护。采用单一的锚网喷支护，由于锚杆长度的限制，支护厚度不能达到足够的、稳定的范围，支护后不长时间内就会因为巷道的整体收缩而造成断面不足、支护失效。采用单一的U型钢支护则会因为支护强度的不足 ，尤其是在高地应力地区托顶煤施工中，U型钢在支护后不久会发生强烈变形、扭曲甚至断裂，从而造成支护失效，造成巷道1次或多次返修，严重影响矿井的安全生产。

杨柳煤矿安全生产技术部门经过多次技术研讨分析，结合现场生产实际，提出了“超前撞楔+锚网索喷 ”支护措施。经过现场实际检验，该支护手段能有效地控制围岩变形和煤层脱落及冒顶事故的发生，取得了良好的支护效果。

1、工程概况

杨柳煤矿西翼运输及行人上山设计工程量为227.8m，巷道断面为直墙半圆拱型，净宽5400mm、净高4200mm。该巷道为14°下山穿层施工，开挖地点位于10煤顶板，巷道岩性以粉砂岩和细砂岩为主，岩层倾角变化在0°～7°之间。根据附近钻孔及附近巷道实收地质资料， 10煤底板为火成岩，厚度为34.5m。根据地质报告及西翼轨道和西翼回风大巷实收资料，工作面水文地质条件中等。影响掘进巷道的主要充水水源为顶、底板裂隙含水层。预计正常涌水量为2.1m3/h，最大涌水量可达6m3/h。

根据矿方地质部门提供的资料显示，巷道施工至底板距10煤天然焦（厚度1～5m）顶板法距为7.3m，预计自迎头向前施工19m后巷道底板将揭露10煤天然焦。现火成岩区域内支护形式为锚网喷支护，锚杆规格：φ22×2800mm等强树脂锚杆，间排距1000×1000mm；全断面挂网，钢筋网采用φ6.0mm圆钢焊接而成，网格尺寸为150×150mm；喷砼厚100mm，强度为C20。

2、支护方案及支护参数

支护方案：当天然焦上升至巷道起拱线以上500mm时，由锚网喷支护改为“超前撞楔+锚网索喷”支护。

支护参数：

超前撞楔：材料选用Ф34×2500mm钢管，间距200mm布置，需打设至天然焦边缘外不小于500mm处，外露长度不大于200mm，末端用铁丝固定在金属网上，打设时需顶板向上或帮部向外控制夹角不大于5°，保证放炮后钢管不掉落，并能有效控制循环进尺内顶帮松散岩石。每次放炮后必须及时打设支护钢管，直至天然焦上升至巷道顶板法距3m以外。

锚网索喷：支护锚杆规格：Φ22×2800mm等强锚杆，株排距800×800mm，矩形布置，每根锚杆使用两卷K2950型树脂锚固剂锚固。锚杆杆体外露螺母长度10～40mm，锚固力≥80KN，螺母扭矩≥300N・m。

全断面铺设金属网，拱基线以上铺设双层金属网，金属网采用 Φ6.0mm圆钢制作，金属网规格1700×1000mm，网格间距150×150mm，网子采用挂钩式连接并且逢环必挂，金属网必须用锚杆盘压紧。

锚索规格：Φ17.8×6300mm，每根锚索配1卷K2550型和2卷Z2550型树脂锚固剂。锚索间、排距为1600×1600mm，沿巷道中顶布置，每排3根，锚索外露长度在150mm～250mm。预紧力≥100KN，锚固力≥200KN。

喷砼料配比为水泥：黄砂：石子：速凝剂=1：2：2：0.04，初喷不小于50mm，初、复喷砼强度均为C20，巷道断面喷砼厚150mm。

锚网索喷支护须至天然焦上升至巷道顶板法距3m以外，再根据岩性具体情况修改支护参数。

3、矿压监测

为了观测锚杆支护效果，研究支护参数的现实合理性，需设置相应的测站，对围岩表面位移进行观测。观测内容为：巷道表面位移、巷道围岩内部移动、围岩结构及状态监测、螺母拧紧力矩。原则上锚杆支护参数改变时便设测站观测上述各项内容，每隔5m预埋测钉设一监测点，采用“十字布点法”进行巷道表面位移观测，特殊地段测站加密并加设围岩内部位移及围岩结构及状态观测。施工技术员按期测量巷道的净宽、净高，并详细记录监测的点号与变形量，将信息及时反馈生产技术部，以便及时评估巷道稳定后的变形速度及围岩的破裂状态，当巷道的顶底板移近量（或两帮移近量）达100mm时，应对巷道进行注浆加固，同时加大测站的密度及观测的频度。根据观测资料调整注浆支护参数，从而实现巷道的长期稳定。

4、效果分析

（1）超前撞楔是沿巷道掘进方向，从巷道顶板轮廓线按一定的间距近水平打入巷道前方煤岩体中，能够支承部分地压及煤体本身的重力，防止巷道顶部煤体在矿山压力、煤体自重及煤体松软结构的作用下发生压出和冒顶等事故，加强了巷道前方煤岩体的稳定性。

同时超前支护使用的金属骨架采用直径34mm的钢管加工而成，每节长2.5m，在施工骨架钻孔过程中，钻孔起到了排放瓦斯的作用，使瓦斯压力得到了降低；同时在钻孔周围形成了卸压区，使应力集中区向煤岩体深部转移，降低了煤与瓦斯突出的危险性。

（2）前期初喷，主要是充填粘结作用、封闭作用、结构作用。起到临时支护的效果，防止天然焦风化膨胀。

锚网喷支护实质是对揭煤围岩实施主动承载，在锚网支护的作用下，在巷道围岩四周首先形成一个主动承载圈，有效控制了围岩的深度变形，使巷道围岩基本趋于稳定。围岩的支护抗力主要由锚杆及时提供，增加金属网在于改善喷射混凝土性能，增大喷射混凝土的整体性和抗弯、抗拉、抗剪的性能，从而提高了内拱的支撑力，同时金属网的增加，使喷层不易开裂，从而更好的起到防风化、防水和防止锚杆间岩体的松动掉落，达到封闭围岩和充分发挥锚杆支护作用的目的。

锚索支护弥补锚杆支护组合梁或组合拱的厚度小，难以支撑高应力或大变形量的软岩围岩压力的不足，通过锚索较长的特点，可以穿过围岩松动圈或破碎带达到深部稳定岩层中，将潜在垮落范围内的顶板岩层悬吊在其上部稳定的老顶岩层上，阻止顶板离层、垮落的发生。加上锚索施加较大的预紧力，给围岩提供压应力，与锚杆形成的压应力区组合成骨架网状结构，主动支护围岩，保持其完整性。

5、结束语

通过应用后的巷道变形情况观测，巷道至今无明显的变形，，能够满足巷道的使用要求。实践证明，该支护技术在天然焦的托顶煤施工中具有较好的支护效果，能够满足过天然焦巷道的穿层施工支护要求。同时该支护方案施工方便快捷，较之U型钢支护费用明显降低，采用该技术支护后的巷道基本不用维修，减少了巷道维修费用，在取得较大经济效益的同时，为矿井的安全生产提供了有力的技术保障，同时也为巷道过天然焦积累了宝贵的经验。该支护技术可在类似地质条件下巷道过天然焦中推广应用。

作者简介

杨永杰（1973，9―），男，安徽萧县人，大专学历，工程师，一直从事煤矿技术管理工作，现任淮北矿业股份有限公司工程建设公司杨柳矿建项目部经理。