中厚煤层沿空掘进煤锚支护技术

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[摘 要]本文以淮北矿业集团（公司）朱仙庄煤矿II1053工作面风巷为例，介绍了中厚煤层沿空掘进采用煤锚支护的可行性。在保证支护强度的前提下，选取支护锚杆（索）规格，采取系列质量保障措施，确保巷道支护安全，满足使用需要，达到预期支护效果。通过煤锚支护与半圆拱U型棚支护材料成本对比，在煤矿行业经营萧条的情况下，实现经济效果。

[关键词]沿空掘进 ；煤锚支护； 支护效果； 经济效果

中图分类号：TD823 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）23-0216-02

1、概况

1.1 矿井概况

淮北矿业集团（公司）朱仙庄煤矿位于安徽省北部宿州市东13km，西北距淮北市64km，南邻芦岭煤矿，西北均以10煤层露头为界，深部至-1000m水平，轴部为二迭系煤系地层，四周被奥陶系和石灰系灰岩所包围。走向长9km，倾斜宽1.5～5.8km，面积21.555km2。

1.2 工作面概况

II1053工作面开采煤层为10煤，工作面位于Ⅱ5采区二区段南翼，北至II5回风上山，南至朱仙庄矿与芦岭矿井田边界的分界线，上邻已开采的Ⅱ1051工作面，下邻II1055工作面（未开采）。工作面回采上限为-479m左右，下限为-532m左右，设计走向长1474m，倾斜宽为136m ，煤层倾角为5°～15°，煤层厚度2.0～3.0m，平均厚度为2.5m，资源储量699244吨，储量为644282吨。

1.3 工作面煤层赋存及顶、底板岩性情况

Ⅱ1053工作面煤层较稳定，上部为半亮型煤，中部为光亮型煤，块状和粉末状玻璃光泽，条痕褐黑色，带状结构，层状构造。普氏硬度平均f ：1.13，煤层较硬。煤层中局部夹有1层0.1～0.3的泥岩夹矸。受沉积环境和区域构造影响局部煤层厚薄不均。煤层产状为：走向136°～160°，倾向46°～70°，倾角8°～25°、平均16°。

1.4 II1053风巷概况

Ⅱ1053风巷为沿空掘进施工，设计长度1466m，与上邻Ⅱ1051工作面机巷煤柱留设宽度为4m。II1051机巷采用半圆拱U型棚支护，沿空掘进时，压茬时间不少于3个月，服务年限为15个月。风巷用于工作面回风、进架、铺设供水灌浆注氮管管路、进料等。

2 支护方案

2.1 支护参数

Ⅱ1053风巷优先采用锚带网索复合支护，斜顶梯形断面。断面规格为：净宽×中顶净高=4.6m×4.1m，巷道顶、帮锚杆采用GM22/2500-490，每根锚杆用两卷树脂药卷加长锚固。顶部锚杆间、排距为800×800mm，上帮锚杆间、排距为800×850mm；下帮锚杆间、排距为800×800mm；顶锚杆螺母扭矩不小于300Nm，锚杆锚固力不小于80kN；帮部锚杆锚固力不小于60kN，锚杆螺母扭矩不小于200Nm；顶部补强锚索为YMS17.8/6.3-1860，顶部布置3套，排距1600mm，锚索预紧力不小于120kN；上帮布置3套，排距1500mm，锚索为YMS17.8/4.3-1860，每根锚索用一卷快速树脂药卷和三卷中速树脂药卷锚固，锚索预紧力不小于100kN；顶、帮采用钢筋网配合W型钢带护表，钢筋网为直径Φ6mm圆钢焊接网，网孔为150×150mm。

因上帮为沿空掘进，采用直U型钢搭接下站柱配合金属网等腰背材料补强支护，站柱挖设腿窝深入底板并使用锁腿锚杆固定，顶部采用锚杆锁梁固定。使用站柱支护后围岩变形基本稳定，不再出现明显变形。为确保防火安全，对沿空侧进行喷浆封闭，喷浆范围为中顶及上帮，喷层厚度不小于100mm。

在II1053风巷过断层或顶板破碎期间根据岩性情况调小锚杆间排距为700×700mm，并加密锚索间排距补强支护。当围岩松散破碎无法满足煤锚支护条件时改为半圆拱U型棚支护，其中复合支护不小于5m。

2.2 支护质量保证

为确保支护质量，要及时设置观测站，对围岩位移、顶板离层状况、锚杆载荷等进行观测。正常情况下每30m安设一组液压枕，监测锚杆受力情况，当锚杆液压枕读数接近锚杆屈服强度时，应加大杆体直径；每30m安设一组离层仪，对巷道顶板离层情况进行监测，当顶板离层值超过规定标准时，应及时采取措施增加支护强度，如：支设单体液压支柱、套棚等。液压枕、离层仪相互间隔15m布置。对顶板不稳定、地质条件恶化地段、过三岔门等应增加测站或减小测站距离。所有观测站必须在平面图上标明。同时，Ⅱ1053风巷施工过程中设置围岩观测点。观测点每30m布置一组，过断层、淋水等特殊地段加密布置观测点。

观测点、观测站布置好后的10天内，每天记录一次巷道围岩位移情况；支护10天～60天，每周记录一次巷道围岩位移情况；支护2月以上，每10天记录一次巷道围岩位移情况。

建立班组自检、区队日检、矿井抽检的三级管理制度：

⑴、小班设专人，对施工的锚杆初锚扭矩、锚固力进行检测，对发现的不合格锚杆必须在其100mm范围内补打，确保符合要求，并记录在《锚杆支护监测原始记录》中，填写的数据必须真实、可靠。

⑵、区队大班或跟班人员每天对一个圆班施工的锚杆进行检查。

⑶、矿井每周抽检一次，并对结果进行分析，发现问题限期整改。

⑷、锚固力检测不作破坏性试验，当达到设计值90%时为合格，拉拔过的锚杆要有明显标志，不得重复拉拔。

⑸、采用ML-10 型锚杆拉力计检测锚固力，换算公式如下（按90%为合格计算）：

表值P = F/S = 80KN×90%×9.8÷17.5M2 = 40.32 MPa

其中：17.5M2――千斤顶活塞面积

⑹、检查中发现有不合格的锚杆，必须查明原因并及时整改。

2.4 支护优化

Ⅱ1053风巷在施工过程中，根据围岩条件及实际支护效果，对风巷煤锚支护设计实行“动态优化”管理，不断优化支护参数，对风巷内不同围岩条件，选择不同的支护参数。具体有以下几个方面：

2.4.1 支护参数优化

Ⅱ1053风巷原煤锚支护设计要求顶帮锚杆均使用GM22/2500-490型高强螺纹锚杆，锚杆间排距为800×800mm，顶部采用3套6.3m锚索补强支护。根据风巷施工情况看，顶板基本上为稳定砂岩，厚度在7m以上，较为稳定。在验算支护强度满足要求的前提下，将锚杆间排距改为850×850mm，其中帮部锚杆改为GM20/2000-490型锚杆，顶部锚索改为2套，间排距为1.6×1.6m。经对风巷围岩位移观测情况看，改变支护后围岩变形相对原支护段变化不大，能达到预期效果。

2.4.2 巷道断面优化

Ⅱ1053风巷原设计中顶净高4.1m，十煤煤层倾角在8～25°，平均16°，风巷上帮高度约4.7m，高度较大，支护困难。在满足综采工作面安装进架及后期使用要求的前提下将中顶净高改为3.2m，风巷上帮高度在3.9m，节省一排底脚锚杆。

3 支护效果

根据观测数据看整体支护效果理想，巷道安全得到了保障，同时满足回采需要。根据施工过程中的顶板岩性探查情况看，风巷顶部除局部受断层影响段外基本上为白砂岩，白砂岩硬度大且稳定（7m以上），底板破矸施工，因此顶底板变形量较小，为0～50mm。风巷变形量主要体现在两帮，受Ⅱ1051机巷采动及老空区积水影响，上帮大部分煤体松散，帮部锚杆施工后受压易折帮，滞后迎头约80m时开始来压，其中最大收缩量为600mm。下帮煤锚支护变形量相对较小，除受断层段变形约400mm较大外，其余变形量基本稳定在100～200mm。

4 经济效果

Ⅱ1053风巷设计断面规格为4.6×4.1m，采用煤锚支护，每米需要锚杆17根1516.4元，钢筋笆片2.4片101.9元，钢带7根499.4元，金属网2.4片140.4元，锚索1.5根346.5元，坑木57.4元，以及沿空侧喷浆和其他材料234元，合计材料成本是2896元/米；如果采用半圆拱U型棚支护，每米需要直U型钢4根1392.4元，弯U型钢4根1250.72元，金属网6片421.2元，U型卡12副270元，坑木62.3元，塘柴59.7元，拉钩6根37.3元，双抗网2片84.24元，以及沿空喷浆和其他材料297元，合计材料成本是3874.86元/米。节约材料成本978.86元/米，II1053风巷总长度1466米，共计节约成本143.5万元。

作者简介

桂徐根（1987-），男，助理工程师，毕业于安徽理工大学采矿工程专业，现任淮北矿业集团（公司）朱仙庄煤矿技术科掘进主管，主要从事煤矿技术管理工作。