２０１０年第１期 能源技术与管理 ８５ ｄｏｉ：１０．３９６％．ｉｓｓｎ．１６７２—９９４３．２０１０．０１．０３２ 深部复合顶板煤巷锚杆支护巷道的维护 裴维华 （徐州矿务集团坨城煤矿，江苏徐州２２ｌ１４２） 笥要］深部煤层巷遭受采掘动压作用后，围岩产生大量裂隙，采用锚梁网、喷浆联合支护 对巷道进行修护，封闭围岩表面及支护材料，改善了巷道的受力状况，大大延长了 巷道的服务年限。 ［关键词］深部；复合顶板；挑顶；锚杆支护 ［中图分类号］ＴＤ３５３＋．６［文献标识码］Ｂ［文章编号］１６７２＿９９４３（２０１【））０１￣０８５￣３ １ 矿井及工程概况 巷道掘出后变形量较大，与设计规格相差太大。为 确保巷道的正常使用，在安装大倾角胶带输送机 １．１ 矿井概况 之前先进行修护。 坨城煤矿位于铜山县境内，距徐州市２３ ｋｍ， １．２—８００ ｍ集中胶带机下山地质概况 为黄淮冲积平原。井田内１、２、７、９、２１层煤可采， 根据９２１０１工作面皮带机道揭露，煤层厚度 主采１、２煤，７、９、２１煤局部可采，地质构造复杂。 变化较大，煤层结构简单，局部含一层夹矸厚度 设计生产能力４５万ｆ／ａ，经过改扩建后生产能力 ０～３．０ ｍ，煤层分为上、下层，平均层间距２．９ ｍ。 达到９０万ｔ／ａ，分两个开采水平，一２６０水平和 煤层厚度１．０９～３．２ ｍ，平均１．８ ｍ。倾角２６。～３２。， 一７５０水平，目前已经开采到一７５０水平的上边缘。 平均２８。由北向南渐缓。煤层顶底板岩性特征如 矿井接续十分紧张，为缓解接续紧张的局面，将胶 表１所示 带机下山沿９煤伪斜布置，巷道平均伪倾角２５。， 表１ 煤层顶底板岩性特征 １．３矿压资料 间排距为１．５ ｍ×２．４ｍ。 对２ 测站持续观测了１８７ ｄ，２ 测站的数据 锚杆、锚索的安装要求与巷道轮廓垂直，其最 反映：顶底板移近总量为６７８ ｍｍ，两帮移近总量 小夹角不得小于８５。，靠底板的两根帮锚杆要向 为２９７ ｍｍ。顶底板日平均移近量３．６２６ ｍｍ；两帮 底板倾斜２０。。靠近顶板上帮第一根锚杆要向顶 的日平均移近量１．５８８ ｍｍ。 板方向倾斜２５。；靠近上帮的顶板第一根锚杆向 ２掘进时的巷道支护 帮部倾斜３０。。靠近上帮的顶板第二根锚杆向帮 部倾斜２０。。设计中不与巷道轮廓垂直的锚杆均 巷道为梯形断面，净宽４．２ ｍ，净高３ ｍ，采用 使用异形铁托板。 锚梁网索联合支护，顶板选用 ２２ ｍｍ，Ｌ＝２ ４００ ｍｍ 锚杆的锚固剂采用ＭＳＣＫ２３５０树脂药卷，每 的等强锚杆，两帮选用 ２０ ｍｍ，Ｌ＝２ ２００ ｍｍ的等 孔１卷，搅拌时间为１５～２５ ｓ，静置１ ｍｉｎ。锚杆螺 强锚杆每排１５根。锚杆排距为８００ ｍｍ，顶板锚杆 母扭矩为１５０～２００ Ｎ・ｍ，二次紧固后螺母扭矩为 问距７００ ｍｍ，帮部锚杆间距８００ ｍｍ。巷道采用 ２５０～３００ Ｎ・ｍ。锚杆的二次紧固必须在初锚完成 １８．９ ｍｍ，Ｌ＝６ ３００ ｍｍ的锚索加强支护，锚索的 后的第４—５ ｈ之间完成。锚杆试验抗拔力不小于 ８６ 裴维华深部复合顶板煤巷锚杆支护巷道的维护 ２０１０年第１期 ８０ ｋＮ。每根锚索使用１卷ＭＳＣＫ２３５０和１卷 ＭＳＺ２３５０树脂药卷，ＭＳＣＫ２３５０在里，ＭＳＺ２３５０在 外，搅拌时间为３０ ｓ，静置８ ｍｉｎ。锚索的外露长度 为１５０～２５０ ｍｍ，预紧力为１００～１２０ ｋＮ。 ４巷道变形原因分析 巷道埋深大。巷道上端标高为一８００ ｍ，下部 标高为一９００ ｍ，为深部巷道。 巷道的顶、帮用金属菱形网封闭围岩和煤壁， 顶板用９１２ ｍｍ，Ｌ＝４ ５００ ｍｍ的钢带压住金属网， 锚杆铁托板压紧钢带。网与网之间采用压茬连接， 不能压茬时必须用不低于１４ 的铁丝双股双排扣 受９２１０１回采工作面的前方支承压力作用， 周围巷道布置密集，破坏了巷道围岩稳定性。 跨度较大，顶板不能承受上覆岩层的重力和 应力，通过变形，使得应力得到缓解，但随着变形 将网连接起来，连接点间距不大于２００ ｍｍ。 严格按中线跟９煤顶板掘进。 修护前的支护断面如图１所示。 锚索ｐ１８．９￡ ：６ ２５０ｍｍ 图１修护前的支护断面 ３围岩变形机理 巷道沿煤层掘出后，顶板形成由两帮煤壁支 撑的组合梁，由于顶板岩石抗弯强度低、脆性大， 遭到风化和失去原有的三向平衡后，弹性和塑性 能量就会向失去支撑的空间释放。当达到其抗拉 极限时，顶板岩石产生破坏，逐渐产生动态弯曲、 下沉，在顶板岩层中形成大量裂隙，使得锚杆的工 作阻力大大下降，若不进行维护，围岩将最终充满 整个掘进空间，导致巷道功能丧失。掘进后的巷道 变形趋势如图２所示。 ‘／ １。。－－。￣。。 ‘。。。。。。‘ 。。。。——］ 量 ／ Ｉ１。一两帮 Ｉ。 ｒ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． ．．．．．．．＿＿Ｊ ７ ． ７－ ／ ≯。 ——一一 ／．．．．．．． ． １ ２ ３ ４ ５ ６ ７ ８ ９ １０ １１ ｌ２ 时问／月 图２掘进后的巷道变形折线、趋势图 量的加大，顶板还会继续下沉。 煤层顶板为复合顶板，岩石强度小、脆性大， 容易被风化，从而产生大量裂隙，不能形成有效的 组合梁来支撑顶板，抵抗其下沉。巷道掘出后，经 过一段时间的让压，最大应力释放期已经过去，随 后的应力和压力释放将是长期的、缓慢的、微观 的 ５对策 将弯曲下沉的伪顶、直接顶挑掉，断面形状改 为半圆拱形，减少两帮对顶板的支撑载荷，提高巷 道的抗压性能，以期达到长期有效的目的。 施工工艺为：超前加固一刷帮一对两帮支 护一挑顶一对顶板加强支护一预设注浆锚杆一卧 底。 ６修护方法 ６．１ 技术要求 ６．Ｉ．Ｉ超前加固 通过如下方法对巷道进行临时加固，确保挑 顶过程不发生冒顶事故。 （１）巷道采用扶棚进行加固，架棚用１ｌ 矿用 工字钢加工而成，斜梯形断面，棚梁净长３．５ ｍ，下 帮棚腿长度２．５ ｍ，上帮棚腿长度２．８ ｍ，棚距中一 中０．８ ｍ。棚腿用单体液压支柱。 （２）每棚用１７块剖木背牢背实，每块剖木用 ２块木楔楔紧，两肩窝用剖木以木垛法接实，每棚 打上６根撑木，并用拉丝拉紧架棚，防止倒棚。 （３）每班对单体液压支柱进行一次补液，确保 工作阻力达到要求。 ６．１．２挑顶及巷道的再支护 采用人工放顶，防止二次爆破对顶板震动。 （１）先将巷道采用架棚支护进行加固，一梁 两柱，超前加固１６ ｍ。先由上向下按中线刷帮，再 由上向下山方向逐架放顶、重新支护，放顶后采用 锚喷挂网联合支护。每修护一棚，向前及时支护一 ２０１０年第１期 能源技术与管理 ８７ 排锚杆，并向前依次超前加固一棚顶板，直至将变 形严重的巷道修护完毕，最后按腰线卧底。 （２）巷道为半圆拱形断面，净宽４．２ ｍ，直墙 高１．４Ｉｎ，喷浆厚度８０ｍｍ。当顶板不稳定、冒落较 高时不再苛求巷道的规格，而采用冒到哪里，支护 到哪里的施工方法，确保顶板稳定、支护可靠。 （３）选用 ２２ ｍｍ，Ｌ＝２ ４００ ｍｍ的等强锚杆， 按锚杆的问排距为８００ ｌｎｎｌ×８００ ｍｍ。锚固剂选 用ＭＳＣＫ２３５０，每孔１卷，搅拌时间为１５～２５ ｓ，静 置１ ｍｉｎ。初锚时的螺母扭矩在ｌ５０～２００ Ｎ・ｍ之 间，二次紧同后的螺母扭矩在２５０～３００ Ｎ・ｍ之 间。锚杆的二次紧固必须在安装完成２ ｈ后的１ ｈ 之内完成。锚杆试验抗拔力不小于１００ ｋＮ。施Ｔ 锚杆、检测锚杆的套筒必须与锚杆相匹配。锚杆的 铁托板、减摩垫圈、螺母必须材质良好、齐全有效。 锚杆外露１Ｏ～４０ ｎｌｍ。 （４）巷道的顶、帮用对钩式电焊平网封闭同 岩和煤壁。网与网之间采用弯钩相连接，每扣均必 须连接牢固。 （５）挑顶过程中，在巷道拱部预先安装好注 浆锚杆，以备注浆时使用。 （６）严格按中、腰线施Ｔ。 ６．２安全措施 挑顶施工只准由上向下一茬逐棚施Ｔ，严禁 反向、多茬进行。每次挑顶的长度为０．８ ｍ，拉掉一 架棚，放顶后支护一排锚杆，每施工１０ ｍ集中喷 浆，防止围岩风化和支护材料氧化、锈蚀。严禁超 循环施工。 ７修护效果 修护后，经过５０ ｄ的巷道变形量观测变形量 不超过２０ ｍｍ，平均移近速度不超过０．２５ ｍｒｒｄｄ， 巷道围岩相当稳定，该修护方法取得良好的预想 效果。修护后的巷道变形观察结果如图３所示，修 护后的支护断面如图４所示。 ２５ ２０ 昌 ｛ｌ５ ／ ｊ ｌ０ ／ ５ ｝一 ／ ０ ． 一 ： 一 ，． ．．，． １ ３ ５ ７ ９ １ｌ １３ 时间／【１ 图３修护后的巷道变形趋势 锚索 １８．９Ｌ＝６ ２５０ｍｍ ｌ 而石 孺五 ｛…．ｎ＾ ｌ 图４修护后的支护断面 ８结论 巷道掘出后经过应力释放后，各种应力趋于 平衡，把将要引起巷道变形的因素消除后，利用自 然平衡拱，充分利用岩石的力学性质，采用锚梁网 索、喷浆联合支护，提高围岩的稳定性，有效地抵 抗一定的外部载荷，防止巷道支护变形、损坏，最 大限度地提高巷道的服务年限。 深井巷道稳定性控制应该从三个方面人手。 第一方面控制巷道围岩应力场：在应力降低区中 布置巷道，如果可能，可将巷道布置在采场采空区 的底板内，或者在巷道掘进前预先开采卸压保护 层，再就是将开采工作面的顺槽布置在支承压力 降低区；适当留保护巷煤柱宽度避免采场支承压 力的扰动对巷道的破坏作用；巷道内卸压。第二方 面，控制巷道围岩强度，主要途径有：把巷道布置 在坚硬岩层中；加大巷道围岩强度和稳定性，采用 锚梁网支护后对巷道进行注浆；及时喷浆封闭围 岩，保护巷道的整体性、防止风化。第三方面，加强 巷道支护：深井巷道地压大、变形大、围岩破坏严 重、巷道稳定性差，所以对巷道支护强度要求更 高。尤其采区准备巷道布置在煤层中时，要采取多 种可行的支护措施加强支护，经过一段时间的让 压、有效卸压才能够取得良好的支护效果。 ［作者简介］ 裴维华（１９６７一），男，江苏铜山人，助理工程师，现工作 于徐州矿务集团有限公司坨城煤矿。 『收稿日期：２００９—０６—０３］