永胜煤矿煤层巷道支护技术研究

[摘 要]本文采用理论分析、现场观测相结合的方法，在分析总结现有煤巷支护技术和理论的基础上，对永胜煤矿煤层巷道支护技术进行研究。并根据永胜矿煤层巷道支护现状，结合98102运输巷的具体条件，提出了该类巷道基本支护的针对性控制技术。根据不同的情况提出了三种设计方案，取得了较好的效果，为类似地质条件矿山应用提供了很好的借鉴。

[关键词]风氧化煤层；支护设计；注浆锚索

中图分类号：TD353 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）33-0130-01

引言

永胜矿98102区域煤层厚度在11.12m～13.72m，平均煤厚12.34m，埋深为30 65.43～145.25m。埋深较浅，该处9#煤及其顶板风氧化程度较严重。整个工作面含夹矸3～5 层，夹矸厚度约0.2～1.6米，厚层夹矸多分布在工作面南部，灰白色，易破碎。岩性以砾岩为主，长石次之，砾岩大小不等，磨圆度较差，钙泥质胶结，较疏松。薄层夹矸分布整个掘进面。巷道的支护技术与普通巷道的支护技术不同，对特殊地段煤层巷道支护技术研究具有重大意义。

1 永胜矿的地质特征

工作面水文地质条件复杂，主要充水水源为煤层顶板砂岩裂隙水。向斜轴部附近为强富水区，目前水位标高为1272m，高出9煤层顶50m；由于工作面北部靠近地面大沙沟和煤层隐伏露头，存在动态补给源，因此工作面北部切眼附近含水层也相对富水；从工作面内煤层赋存情况看，大范围9#煤层埋深不足150m，可能风氧化比较严重，易发生突水事故，应引起高度重视。

2 永胜矿煤层巷道支护现状

永胜矿回采巷道具有巷道高度高，跨度大的特点，同时由于煤层埋深浅，部分煤层有风化现象，因此出现回采巷道的锚杆、锚索支护困难现状。在如此大跨度巷道支护中，锚索的有效支护非常关键[1]，而从现场地质资料来看，煤层巷道中锚索锚固段巷道围岩存在泥岩夹矸和节理发育的情况，锚索钻孔施工后钻孔周围岩体松散破碎且存在大量的空洞，导致顶板锚索支护效果大打折扣，这对大跨度煤层巷道的支护非常不利。

3 特殊巷道段支护设计

3.1 风氧化煤巷道顶板比较完整段（锚杆有效、锚索无效时）的支护方案

巷道顶板0-3.2m范围内的煤体相对比较完整；3.4m以上岩体因松散或存在泥岩夹矸存在大量的空洞，导致顶板锚索锚固力达不到设计要求。为保证巷道支护效果和安全程度，在巷道施工之前必须对顶板锚杆进行拉拔试验。如果锚杆的锚固力能达到120kN以上，则可采取“锚杆+W钢带+注浆锚索”联合支护的方式[2]。

（1）顶板锚杆支护

锚杆长度2.4m。托盘采用拱型高强度托盘，托盘规格为150×150×10mm。采用树脂加长锚固。采用W钢带，钢带规格：厚度4mm，宽280mm，长度4800mm。锚杆排距1000mm，每排6根锚杆，间距900mm。均垂直于巷道顶板。锚杆预紧力矩不低于400N・m。

（2）巷帮支护

锚杆长度1.7m。托盘规格为150×150×10mm。树脂加长锚固。锚杆间距1200mm、排距为1000mm，每帮3根锚杆。除最上部锚杆与水平线成10？夹角外，其它帮锚杆垂直巷帮布置。锚杆预紧力矩为300N・m。

（3）注浆锚索

由于风氧化煤影响段巷道，巷道顶板破碎、强度降低，加上泥岩夹矸的影响，端锚锚索已经不能满足巷道支护的要求，因此必须采用全长锚固的注浆锚索支护。

3.2 顶板风氧化煤层影响比较大，或者比较破碎存在淋水巷道段（锚杆、锚索锚固力达不到设计要求）的支护方案

当巷道掘进遇到风氧化煤层厚度影响较大，或者遇到顶板比较破碎，淋水比较严重的巷道段，锚杆、锚索锚固力均达不到设计要求时，为保证巷道支护效果和安全程度，则可采取“锚杆+W钢带+注浆+工字钢棚”联合支护的方式。

（1）顶板锚杆支护

锚杆长度2.4m。托盘采用拱型高强度托盘，托盘规格为150×150×10mm。采用树脂加长锚固。采用W钢护板配合钢筋托梁护顶。锚杆排距1000mm，每排6根锚杆，间距900mm。均垂直于巷道顶板。锚杆预紧力矩不低于400N・m。

（2）巷帮支护

锚杆长度1.7m。托盘规格为150×150×10mm。树脂加长锚固。帮部破碎时，采用W护板护帮。锚杆间距1200mm、排距为1000mm，每帮3根锚杆。除最上部锚杆与水平线成10夹角外，其它帮锚杆垂直巷帮布置。锚杆预紧力矩为300N・m。

（3） 注浆

当顶板比较破碎或者淋水比较严重巷道段为保证巷道的安全掘进和成巷的使用，需要采用注浆加固措施。当顶板比较破碎，为保证掘进安全需要采用掘进工作面超前预注浆方式，注浆材料采用马丽散；当顶板比较完整，淋水比较严重为保证巷道使用及抵抗动压影响，需要在架棚之后进行注浆加固，此时注浆材料可以选择水泥注浆。

3.3 切眼端头大跨度四角门段的支护方案

根据分析和计算，在煤层顶板正常条件下，大跨度四角门段巷道采用锚杆和锚索组合支护方式下，其对顶板的支护阻力和锚索要承担的有潜在跨落滑动趋势的危岩荷载能够满足巷道支护要求。由于巷道跨度大在锚杆+锚索+钢带梁的组合支护方式条件下，主要考虑保证锚索的有效支护阻力和防止巷道顶板局部应力集中导致顶板围岩受力不均现象发生，综合以上分析、计算详细的支护设计如下：

（1）顶板支护

锚杆长度2.4m。采用高强螺母M24×3。托盘采用拱型高强度托盘，托盘规格为150×150×10mm。采用树脂加长锚固。锚杆排距1000mm，每排6根锚杆，间距900mm。均125 垂直于巷道顶板。锚杆预紧力矩不低于400N・m。锚索长度要大于9000mm，为便于施工，锚索长度不宜超过11m。钻孔直径30mm，采用一支K2335和两支Z2360低粘度树脂药卷锚固；锚索排距2000mm，间距为1800mm，安装角度垂直顶板，巷道摸角位置增补一根锚索。锚索张拉力不小于150kN。

（2）巷帮支护

锚杆长度1700mm。托盘规格为150×150×10mm。树脂加长锚固。帮部破碎时，采用W护板护帮。锚杆间距1200mm、排距为1000mm，每帮3根锚杆。除最上部锚杆与水平线成10？夹角外，其它帮锚杆垂直巷帮布置。锚杆预紧力矩为300N・m。

4 井下施工工艺

4.1 巷道顶锚杆施工工艺

掘进打掉危岩出煤临时支护钻顶板中部锚杆孔清孔安装树脂药卷和锚杆用锚杆机搅拌树脂药卷至规定时间停止搅拌并等待1分钟左右铺钢筋网上钢筋托梁、钢护板、托盘、调心球垫、减摩垫片、螺母拧紧螺母到设计预紧力（400N・m）从中向外依次安装其它顶板锚杆。

4.2 帮锚杆施工工艺

钻孔、清孔安装树脂药卷和锚杆搅拌树脂药卷等待1分钟左右挂网上托盘、 调心球垫、减摩垫片、螺母拧紧螺母到设计预紧力（300 N・m）依次安装其它帮锚杆。

4.3 注浆锚索施工工艺

注浆锚索施工工艺主要包括：钻孔安装锚索（事先固定好注浆管、排气管）封孔注浆上托盘、紧固锚索[3]。

5 应用效果

针对不同的地质条件，提出了有针对性的解决方案，对巷顶、巷帮的支护做了详细的设计。以永胜矿为例，对不同的条件分别采用“锚杆+W钢带+注浆锚索”、“锚杆+W钢带+注浆+工字钢棚”的支护方式，都取得了良好的支护效果，为永胜矿的安全高效生产提供了可靠的保障。

6 结论

分析永胜煤层巷道的地质条件和地质概况，针对不同的情况提出了不同的三种支护方案。风氧化煤巷道顶板比较完整段（锚杆有效、锚索无效时）的支护方案、顶板风氧化煤层影响比较大，或者比较破碎存在淋水巷道段（锚杆、锚索锚固力达不到设计要求）的支护方案、切眼端头大跨度四角门段的支护方案。以上方案有效地控制了顶板的变形和巷帮的移近量。

参考文献

[1] 康红普，王金华.煤巷锚杆支护理论与成套技术[M].北京：煤炭工业出版社，2007.

[2] 陆士良，汤雷，杨新安.锚杆锚固力与锚固技术[M].北京：煤炭工业出版社，1998.

[3] 盖增雪.中空注浆锚索在巷道加固中的应用[J].煤炭工程，2011，（5）：35-39.