煤矿断面新型支护技术分析

某矿业集团公司的煤系地层岩石多为泥岩、泥质页岩、砂岩、高岭土泥岩，层理、节理较发育，有的受水理作用大，陷落柱及小型断层为井田主要构造形式。近距离煤层开采受采动影响大，新建矿井多为复合顶板，属典型的软岩矿区。经过不断探索，该矿业集团公司在软岩矿区由煤巷小断面锚杆支护技术发展到综采切眼大断面锚杆支护技术。

一、传统支护方法

传统的综采切眼采用梯形断面，支护方式为木棚支护，棚梁中部加打两根金属支柱加强支护，棚距一般为0.6～0.8m，该支护方式掘进速度慢，材料消耗大，配置人员多，劳动强度大，人工费用高。架设木抬棚的笨重作业，具有一定的危险性。且传统的切眼支护方式制约安装工作，作业人员有效利用空间小，作业安全性不高，在切眼内进行“替柱、回柱”和回“大梁、柱腿”等支架设备安装时，存在较大的安全隐患。这种支护方式不能对顶板及周围的煤体进行早期管理，不能有效抑制顶板离层和冒顶现象的发生。

二、切眼锚杆支护设计方法

针对围岩具有复杂、多样的特点，与科研院所合作，采用现场调查和地质力学评估、初始设计、井下监测和信息反馈、修正设计和日常监测的动态信息设计方法。现场调查内容包括围岩强度、围岩结构、地应力及锚固性能测试等。在现场调查内容的基础上进行地质力学评估和围岩分类，为初始设计提供可靠的参数。初始设计采用数值计算和经验相结合的方法，根据围岩参数和已有实测数据确定出比较合理的初始设计。将初始设计实施于井下，并进行详细的围岩位移和锚杆受力监测，根据监测结果验证或修正初始设计。正常施工后还要进行日常监测，以保证巷道安全。

三、切眼锚杆支护实践

1、工作面切眼的基本情况。开采3#、4#合并煤层，厚度3.41m，煤层倾角2～4°，直接顶为泥岩，厚度为1.26m，极易破碎，其上为1.03m的粉砂岩，节理发育，直接顶之上为1.91m的泥岩，较破碎，泥岩之上为0.28m的一层煤线，一层煤线之上为2.38m的泥页岩，非常破碎，泥页岩之上是10.04m的砂岩；老底为K3砂岩，厚度为9.0m。208工作面主体构造为一单斜构造，次生小向、背斜，构造极为简单，工作面地层走向N0°，倾向约N270°，倾角3～4°。最大水平主应力为6.31MPa，最小水平主应力为3.76MPa；最大水平主应力方向北偏西48.7°。巷道垂直主应力9.06MPa。巷道断面呈矩形，宽6m，高2.8m，掘进断面积为16.82m。条件适合的情况下可以采用综掘机掘进一次成巷。

2、巷道支护。巷道采用树脂端锚锚固锚杆组合支护系统，并进行锚索补强和单体液压支柱加强支护。（1）顶板支护。永久支护形式：端锚锚杆规格号为16mm×1800mm，间排距800mm，矩形布置；锚索规格15.24mm×6400mm，配套使用一支K2355、一支Z2355型树脂锚固剂及4m长槽钢托梁，排内每两根锚索配合槽钢托梁结合成一个支护整体。槽钢横向布置，在巷道中心线两侧左右对称支护，托梁间距为2.4m，锚索间距为2.4m。顶锚杆为每排8根。锚索滞后工作面距离不大于2.4m。（2）加强支护。采用π型钢棚加强支护，梁长3.6m，棚腿采用DZ-35型单体液压支柱，棚距1.6m，π型钢棚垂直巷中心线左右对称布置，π型钢棚下单体支柱距巷中心线为左右各1.5m。架π型钢棚滞后工作面不超过10m。（3）巷帮支护。右帮采用锚杆一网一木托板进行支护，帮锚杆规格为16mm×1600mm，间距900mm，排距800mm，矩形布置。左帮采用贴帮戴帽点柱进行支护，支柱采用DZ-35单体液压支柱，柱帽采用木托板，戴帽点柱间距1m，并用构木盘帮。

3、支护效果。从综合监测数据结果可以看出，采用锚杆支护后再进行加强支护，切眼内矿山压力无明显显现，围岩变形量不大，顶板变形量最大不超过3mm。在顶板支护后基本处于稳定状态，两帮由于有锚网支护，且配有支柱及构木盘帮，也不存在片帮现象，支护很成功，较传统支护在顶板控制方面具有很大的优越性。

四、切眼锚杆支护的优越性

1、安全方面。（1）综采切眼的有效空间增大，减少了棚式支护对安装作业的制约，安装作业空间增大，作业的安全性大为提高。（2）切眼内支架设备安装过程没有了“替柱、回柱”及回“大梁、柱腿”等环节。不安全隐患减少，安装速度加快。（3）锚杆支护下的整个空间比被动支护下的空间安全，采用锚杆支护，能及时对围岩进行控制，并充分利用顶板的自承能力，抑制顶板离层，防止冒顶事故的发生。（4）锚杆安装工艺与架设木棚相比，具有小、巧、灵的特点，避免了架设笨重大抬棚及其作业的危险性。

2、技术方面。（1）综采切眼内采用锚杆支护，简化了设备安装工艺和准备工作，缩短了工作面的安装时间，为高产高效奠定了基础。（2）在相同的条件下，锚杆支护断面比木棚支护需用断面小，对综采切眼的通风、运输和安装、掘进设计相应缩小参数，使设计本身更趋合理。切眼跨度、高度的缩小，减小了工作量和资金的投入，且安全系数增加。

3、经济方面。按150m长度一个综采切眼计算。材料投入：锚杆支护比木棚支护少投入材料费387元/m；用工投入：锚杆支护比木棚支护少用工6.31个/m，每个工按25元计，合计节省用工费157.75元/m；掘进速度：一般情况下，锚杆支护与架棚支护掘进快3～5天的时间，平均4天。安装速度：以切割巷150m为例，共需安装支架100架，在锚杆支护条件下，需17天，而在抬棚支护下需25天，两者比较因切眼支护形式的改变，综采支架安装工期缩短8天。按年安装15个综采面计算（切眼长度按150m）与采用抬棚支护相比，综采切眼锚杆支护的经济效益――支护材料及用工节约122.6万元，节约工时180天；以日产2500t煤计，可生产原煤45万t，实现利润4880.25万元，年总经济效益达5002.85万元。

综上所述，大断面综采切眼用锚杆支护替代木抬棚支护优越性明显。技术上先进，经济上合理，施工速度加快，采面的准备时间缩短，便于设备安装，工人的劳动强度大大减轻。巷道施工安全可靠，成本降低，具有较高的经济效益。

（作者单位：双鸭山矿业集团东荣三矿）