锚网支护技术在整合煤矿刷大扩巷中的应用实践

李建兵孙文生

（1.沁和能源集团有限公司，山西省晋城市，048007；2.山西晋煤集团泽州天安高都煤业有限公司，山西省晋城市，048004）

锚网支护技术在整合煤矿刷大扩巷中的应用实践

李建兵1孙文生2

（1.沁和能源集团有限公司，山西省晋城市，048007；2.山西晋煤集团泽州天安高都煤业有限公司，山西省晋城市，048004）

以山西晋煤集团整合矿高都煤矿为工程背景，为使矿井尽快运营投产并降低基建投资，在原有木棚支护的旧巷基础上刷大巷道的断面，并采用锚网支护，取得较好支护效果。

整合煤矿 刷大扩巷 锚网支护

许多资源整合建设矿井在改造前是小煤窑作坊式开采，各种配套设施均不能满足整改后高产高效集约化生产要求。煤矿重组后出于多方面因素考虑，包括通风、人员设备运输、生产成本等，需要对部分盘区或工作面巷道进行扩巷改造。此类巷道一般采用架设木棚被动支护，技术相对落后，扩巷过程中容易产生顶板冒落或大面积冒顶事故。目前，锚杆支护已成为煤矿巷道首选主要支护方式，因此，为使兼并重组矿井达到整合后的生产能力，同时提高掘巷速度和降低生产成本，认为刷大巷道进行锚网支护替代架棚是一项切实可行的关键措施。

1　工程背景

以山西晋煤集团高都矿为例，根据山西省煤矿企业兼并重组整合工作文件，高都矿由A、B和C 3座煤矿兼并重组整合而成，如图1所示。3座煤矿对3#煤层的开采已完毕，并进行了闭坑，9#煤层零星可采，不具备规模开采条件，目前都在开采15#煤层。兼并重组整合后的高都煤矿采用斜立井混合开拓方式，高档普采采煤工艺，充分利用已有工程，即以A煤矿已有的井筒和工业场地为基础，刷大A、B、C三矿原有巷道作为盘区巷道。

2　工作面概况

2.1生产地质条件

整合各矿主采15#煤层，该煤层厚1.94～3.15 m，平均厚2.46 m，煤层结构简单-复杂，含0～4层矸石，矸石多分布于中部，矸石厚0.01～0.41 m。煤层直接顶板为灰岩，厚度约9.14 m，深灰色，致密坚硬，全区稳定，单向抗压强度53.6～212.9 MPa，平均101.6 MPa；单向抗拉强度2.2～6.1 MPa，平均为4.0 MPa，抗剪强度5.7～16.0 MPa，平均13.2 MPa，属坚硬型顶板。灰岩下局部有薄层炭质泥岩，厚0～0.30 m，一般厚0.20 m；底板为泥岩，厚约1.10 m。

图1　高都煤矿整改前后矿界图

井田地质构造主要以褶曲为主，未发现断层、陷落柱构造，总体属简单类型，褶曲主要有4条，褶曲宽缓，其产生的水平应力对巷道施工影响较小。

2.2原工作面巷道概况

整合前，盘区巷道各属A、B、C 3座小煤窑，盘区巷道采用梯形断面，断面高2600 mm，上宽2600 mm，下宽3000 mm，采用木点柱进行支护，即在巷道正中打设一排木点柱，对于围岩破碎区域采用木垛或架棚进行补强支护。整合后，A、B、C 3座小煤窑进行整合改名为高都煤矿，而原来各矿盘区大巷由于断面较小，帮部变形大，无法满足高都煤矿生产、运输及通风的要求。高都煤矿为了提高生产能力，对原来各属3座煤矿的生产系统进行了改造，根据运输和通风的要求，新设计断面为矩形，宽度不小于5000 mm，高度不低于2600 mm，对各属3个小煤窑的盘区大巷进行扩帮处理，并重新进行支护。

2.3巷道设计改造方案

根据原盘区巷道地质条件可知，3个小煤窑的盘区巷道均沿15#煤层顶板掘进，15#煤层顶板为石灰岩，强度高、完整性好，适合采用锚网索支护技术。根据现场地质条件和工程类比方法，初步制定了两个原盘区巷道改造方案。

第一方案盘区巷道扩帮后，及时采用全锚杆支护，撤出木点柱，帮锚杆间距1600 mm，排距1500 mm，顶锚杆间排距均为1500 mm。

第二方案盘区巷道扩帮后，及时采用锚杆和锚索联合支护，撤出木点柱，帮锚杆和顶锚杆间排距与第一方案相同，但顶板正中间增加打设1根锚索，锚索排距6000 mm。

为了对比两种改造方案的优劣，采用数值模拟的方法对两种方案进行分析。

3　数值计算

利用数值计算软件FLAC对巷道刷大之后的两种支护参数进行模拟，按照高都煤矿实际工程地质状况建立模型，模型共划分139200个单元，147559个节点。三维模型的边界条件为四周采用铰支，底部采用固支，上部为自由边界。支护材料参数从矿方常用的材料中选取。

对巷道表面顶板、底板、左帮和右帮中部点的位移进行了监测，监测结果见图2。

图2　巷道围岩变形量曲线

从监测结果可以看出，不同支护方式下巷道两帮的变形随工作面的推进及时间的变化趋势相同。巷道顶板和底板的变形随工作面的推进和时间变化有所区别，巷道底板由于没有锚杆或锚索等支护结构，其在开始阶段变形很快，随后逐渐趋于稳定，而巷道顶板由于施工了锚杆锚索等支护结构，其在初期的变形受到了很大的抑制作用，因此其随着掘进工作面的推进和时间的增加变形较为缓慢并逐渐趋于稳定。另外，从顶板下沉曲线数值来看，第二种支护方案巷道顶板下沉量较第一种支护方案巷道顶板下沉量明显减小。

4　支护方案

根据数值计算结果进行多方案比较后，确定高都煤矿盘区运输大巷采用第二种支护方案进行施工，原各属于小煤窑的盘区大巷断面小，支护质量差，不能保证高都矿生产运输的要求，改造后的盘区运输大巷断面尺寸为5000 mm×2600 mm，主要为整个开采水平的通风和煤炭运输提供服务。

（1）顶板支护。顶板采用屈服强度为400 MPa的左旋无纵筋螺纹钢筋锚杆，锚杆规格ø20 mm× 2400 mm，锚固采用MSZ2360和MSK2335的树脂锚固剂各1支，锚杆间排距1.5 m×1.5 m，预紧扭矩300 Nm，锚杆配合拱型高强度托板使用，托板尺寸为150 mm×150 mm×10 mm，钢材型号Q235，托板拱高不低于36 mm，每排锚杆之间采用两根ø14 mm的钢筋梯梁进行联接；经纬网由10#铁丝编制而成，网孔规格为50 mm×50 mm，规格为5.2 m×1.6 m。另外，还采用规格ø15.24 mm×5300 mm锚索，配合高强度锁具和拱形可调心托板，托板尺寸为300 mm×300 mm ×16 mm，承载能力与锚索性能相匹配，采用2支MSZ2360、1支MSK2335的树脂加长锚固剂，每隔4排锚杆在巷道正中间打设1根锚索，排距6000 mm，锚索预紧力150 k N。

（2）巷帮支护。巷帮锚杆型号与锚固方式与顶板相同，间排距1.6 m×1.5 m，预紧扭矩300 Nm，每排锚杆之间采用两根φ14 mm的钢筋梯梁进行联接，用2.6 m×1.6 m的经纬网护帮。

5　巷道位移监测

在距盘区运输大巷起始段100 m和200 m处采用十字布点法布置了1号测站和2号测站，两个测站主要监测巷道顶板移近量、两帮移近量、左帮移近量、顶板浅部离层值、深部离层值和总离层值，监测结果如图3所示。

图3　刷大巷道围岩变形曲线

由图3（a）可知，1#测站巷道两帮最大移近量为28 mm，为初始巷道宽度的0.56%，巷道顶底板最大移近量为10 mm，为巷道初始高度的0.38%；2#测站巷道两帮最大移近量为29 mm，为初始巷道宽度的0.57%，巷道顶底板最大移近量为5 mm，为巷道初始高度的0.2%。总体来看，巷道变形量均不大，在控制范围之内。

由图3（b）可知，1#测点处巷道浅部离层为3 mm，深部离层为5 mm，总离层值为8 mm；2#测点处巷道浅部离层为4 mm，深部离层为3 mm，总离层值为7 mm；顶板离层不大，巷道围岩保持了很好的完整性。

6　结论

井下工业试验表明，高预应力锚杆锚索联合支护有效控制了整合矿井刷大巷道围岩的变形，提高了围岩的完整性和稳定性。高预应力锚杆锚索支护系统是适合此类巷道的一种安全、有效和经济的支护方式。

［1］ 李峰.大变形条件下锚杆支护巷道刷大扩巷技术应用实践［J］.煤，2008（10）

［2］ 王永政.强烈变形后锚网支护巷道的刷大改造技术实践［J］.煤，2012（7）

［3］ 张庆华.特厚煤层沿底板掘进巷道及大断面切眼锚网支护研究与实践［J］.中国煤炭，2014（12）

［4］ 王旭宏，王玉怀，夏欢阁等.复杂条件下回采巷道锚网索支护参数优化研究［J］.中国煤炭，2010（3）

［5］ 何涛，孙伯乐，杨博.木棚支护条件下的旧巷道断面刷大工艺优化及锚固支护参数的确定［J］.山西煤炭，2012（1）

［6］ 何涛.全煤巷道断面刷大开挖顺序及支护方案研究［D］.太原理工大学，2012

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

（责任编辑 张毅玲）

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Application practice of bolt-mesh support technique in roadway enlarging in integrated coal mine

Li Jianbing1，Sun Wensheng2
（1.Qinhe Energy Group Co.，Ltd.，Jincheng，Shanxi 048007，China；2.Zezhou Tianan Gaodu Coal Industry Co.，Ltd.，Jincheng Anthracite Mining Group，Jincheng，Shanxi 048004，China）

Taking the integrated mine Gaodu Coal Mine of Jincheng Anthracite Mining Group as the engineering background，in order to make mine go into production as soon as possible and reduce the investment of capital construction，the roadway section was enlarged on the basis of old roadway with wooden shed support，then the bolt-mesh support was adopted and it achieved preferable support effect.

integrated coal mine，roadway enlarging，bolt-mesh support

TD353

A

李建兵（1973-），男，高级工程师，沁和能源集团有限公司总工程师。