高應(yīng)力急傾斜三軟煤層復(fù)合頂板支護技術(shù)研究

摘 要 急傾斜三軟煤層巷道采用傳統(tǒng)的錨網(wǎng)支護時，巷道高幫易發(fā)生片幫造成支護系統(tǒng)失穩(wěn)，破壞巷道的整體性，安全威脅較大。李子埡煤礦5102風(fēng)巷位于向斜軸部附近，屬高應(yīng)力急傾斜三軟煤層，巷道為異形斷面，首次嘗試采用頂板錨網(wǎng)索+高幫錨索梁組合支護，通過優(yōu)化改進，支護效果較為理想，對類似條件巷道掘進有一定借鑒作用。

關(guān)鍵詞 高應(yīng)力；急傾斜煤層；三軟煤層；錨（索）梁網(wǎng)支護

中圖分類號 TD355 文獻標識碼 A 文章編號 1673-9671-（2012）112-0094-02

急傾斜煤層巷道圍巖一般都具有非均勻性、非連續(xù)性和存在不規(guī)則分布的節(jié)理裂隙，使得圍巖內(nèi)具有非對稱變形和支護體不均勻受載的特點。特別是高應(yīng)力“三軟”煤層，極大的增加了支護工作的復(fù)雜性和困難性，同時安全威脅相當(dāng)大。目前，我國急傾斜煤層巷道大多采用傳統(tǒng)的U型鋼可縮性支架或工字鋼支架方式，局部巷道也嘗試采用錨網(wǎng)支護，但支護方式選擇或參數(shù)設(shè)計難以把握，支護效果較差，巷道變形嚴重，影響巷道的正常使用。李子埡煤礦在沒有成熟的技術(shù)經(jīng)驗條件下，大膽創(chuàng)新，積極探索，組織實施了高應(yīng)力急傾斜“三軟”煤層巷道支護研究，取得較好的支護效果。本文以5102風(fēng)巷掘進支護為例進行探討。

1 急傾斜三軟煤層掘進支護難點分析

高應(yīng)力急傾斜“三軟”煤層掘進支護所面臨的技術(shù)難題有：

由于煤層傾角較大，采用傳統(tǒng)的高低幫梯形斷面，高幫將達4.6 m～5.0 m，不利于巷道掘進和支護，后期工作面回采安全管理難度極大，必須確定合理的掘進斷面確保巷道整體性。

2）傳統(tǒng)的U型鋼可縮性支架或工字鋼支架支護方式效果較差，巷道變形嚴重，返修率高，錨網(wǎng)支護在高應(yīng)力急傾斜“三軟”煤層巷道掘進中的使用無成功經(jīng)驗可借鑒，支護參數(shù)確定難度大。

3）支護工藝復(fù)雜化，必然會降低掘進單進，影響掘進進度。

4）高應(yīng)力急傾斜“三軟”煤層巷幫極易片幫，安全威脅大。

2 工程概況

2.1 地質(zhì)條件

5102風(fēng)巷位于龍王洞向斜軸部附近，地質(zhì)構(gòu)造極為發(fā)育，局部地段有斷層。煤層平均厚度為1.70 m，結(jié)構(gòu)為0.90（0.90）0.80 m，

煤層傾角45°～48°，f=0.8～1.0。巷道直接頂為深灰色泥質(zhì)砂巖、細砂巖，含泥質(zhì)條帶，厚度為5.05 m，f=5.8；直接底為泥巖，上部為淺灰色泥巖，含少量粘土質(zhì)，厚度7.04 m，f=4.1。

2.2 施工方法

5102南風(fēng)巷沿煤層頂板按中線采用EBZ 132型綜掘機破底掘進，機械出煤矸，人工支護，一次成巷。

3 巷道斷面及支護工藝

3.1 巷道斷面

根據(jù)該區(qū)域煤層頂?shù)装鍑鷰r特性及煤層賦存情況，設(shè)計為異形斷面，巷寬3.5 m，高幫（垂直段）高2.1 m，高幫（傾斜段）斜長2m，低幫高1.8 m，巷道最大高度不得超過3.5 m。（附圖1：巷道斷面圖）

3.2 支護設(shè)計及支護工藝

1）臨時支護。臨時支護采用單體液壓支柱、枕木進行支護。

2）永久支護根據(jù)煤層及其頂、底板圍巖性質(zhì)分析，結(jié)合施工現(xiàn)場實際情況，采用錨網(wǎng)+錨索+錨梁聯(lián)合支護。

圖1 巷道斷面圖

3）支護方式及參數(shù)。頂錨桿布置4根φ20×2500 mm的樹脂錨桿，錨桿間、排距為800 mm，垂直于頂板，斷層及頂板破碎段，錨桿間、排距為600 mm。正常段在巷道頂板正中以3m間距布置一根φ15.24×7300 mm錨索，如遇頂板壓力大，則將錨索間距縮小為2m。高幫（垂直段）及低幫均各布置3根φ20×2000 mm的全螺紋右旋樹脂錨桿，高幫（傾斜段）采取錨桿、錨索配合錨梁（14#槽鋼加工）支護，布置1根φ20×2500 mm的樹脂錨桿，2根φ15.24×4300 mm錨索，錨梁排距為800 mm，錨桿、錨索間、排距為800 mm，錨梁長2.3 m，因片幫嚴重導(dǎo)致錨梁不能接頂時，用廢舊枕木進行絞頂，保證接頂嚴實。巷道高幫（垂直及傾斜段）必須鋪金屬網(wǎng)并背好笆片，保證搭接嚴密、不漏煤矸。（附圖2：巷道支護示意圖，附圖3：異形錨梁加工示意圖）

4 重點技術(shù)管理

1）加強臨時支護管理。由于煤層傾角較大，工作面屬于三軟煤層（頂、底板及煤層松軟），加之工作面位于向斜軸部，集中應(yīng)力大，高幫若不及時支護極易片幫。掘進每循環(huán)施工完畢后對磧頭未打錨桿部分和未夠一排錨桿支護的懸頂部分采取臨時支護。臨時支護采用不低于4根單體液壓支柱配合枕木、錨梁進行支護，枕木沿巷道走向布置，錨梁按設(shè)計方向布置。巷道正常段臨時支護先支護頂板，再支護高幫，異常段（如煤層破碎，易片幫掉渣），臨時支護先支護高幫，再支護頂板。單體液壓支柱布置方式：頂板布置兩根（2 m、2.8 m）支柱，兩根支柱間距為700 mm，枕木沿巷道走向布置，保證支護范圍為1.8 m；高幫傾斜段布置兩根3.5 m或2.8 m的單體液壓支柱，兩根支柱分別打在支護錨梁指定位置上，間距為800 mm。

圖2 巷道支護示意圖

圖3 異形錨梁加工示意圖

2）加強頂板礦壓監(jiān)測。在巷道頂板每50 m安設(shè)一組LBY-3型頂板離層觀測儀，作為觀測對象。由各班跟班副隊長進行觀測，并將觀測數(shù)據(jù)記錄在頂板離層記錄本上，每月收集離層數(shù)據(jù)，及時掌握頂板離層變化情況，以便采取補強支護措施。

3）合理選擇支護方式及支護參數(shù)，確保支護可靠。根據(jù)該區(qū)域煤層賦存情況，高幫若采用傳統(tǒng)的支護方式：錨網(wǎng)帶支護，由于錨桿長度為2.5 m，部分錨桿全部布置在煤層內(nèi)，錨桿支護強度很難達到，因此，采用長度更長的錨索代替錨桿，將高幫煤層錨固在堅硬巖層中，確保支護可靠。根據(jù)現(xiàn)場采用綜合對比法，進行試驗，最終得出最優(yōu)支護方式：高幫采用兩根錨索和一跟錨桿，同時用異形槽鋼進行加固支護，將高幫煤層錨固在堅硬巖層中；對支護參數(shù)也進行了優(yōu)化，將支護間、排距由最初的1000 mm調(diào)整為800 mm，確保支護更加可靠。

4）加強勞動組織，提高掘進進度。由于每循環(huán)所用的各種支護材料較多，臨時支護方式復(fù)雜，正式支護工藝繁多，循環(huán)后支護時間較長，嚴重影響掘進進度。通過合理組織，采用絞車提升運輸各種支護材料，大大降低工人勞動強度，同時，合理安排各工序，施工頂錨桿和幫錨桿采取平行作業(yè)，正式支護時，兩臺風(fēng)動錨桿機與兩臺氣腿式鑿巖機同時作業(yè)，做到最大限度的同時用工，日進度可達9.6 m。

5 效果及結(jié)論

1）通過合理選擇斷面，避免了巷道高幫過高，不便于掘進、支護以及工作面回采安全管理。

2）通過在高應(yīng)力急傾斜三軟煤層巷道掘進實施錨網(wǎng)索+錨索梁組合支護，支護方式更加優(yōu)化，頂板下沉量及兩幫移近量大大降低，巷道不需要再進行臥底擴幫等維修工作，節(jié)省了大量人力、物力、財力，保證了工程質(zhì)量。

3）通過支護方式的優(yōu)化，解決了急傾斜三軟復(fù)合煤層頂板支護難題，實現(xiàn)了安全高效生產(chǎn)。