深井动压影响下近距煤层巷道支护实践

崔建斌

(平顶山天安煤业股份有限公司六矿)

随着开采深度的增加，受资源储量、接替形势的限制，老矿井采用多煤层联合布置，采掘工作面密集、巷道交叉布置的现象越来越普遍[1]。这种布置形式虽然在一定程度上缓解了生产紧张的局面，但在掘进施工过程中，往往受采面推进的动压影响，给巷道支护和顶板管理造成严重影响。特别在近距离煤层群下层煤巷道施工时，表现尤为突出，出现大量折梁断腿、支护失效、反复维修、冒顶塌方等现象。平煤六矿1958年建矿，1970投产，丁5-6、戊8、戊9-103层煤联合布置，经过多年的高强度开采，矿井二水平即将结束，三水平正处于施工阶段。矿井生产采掘集中在二水平戊二采区，各采掘工作面受压茬关系、采动关系影响严重，使得巷道变形快、收缩严重、支护困难，传统的支护方式难以满足巷道支护要求[2]。平煤六矿在多年的实践基础上使用高强让压锚杆+W钢带的横向组合梁支护技术，不但在顶板管理方面可以预警，而且在动压影响下实现了成功支护[2]。

1 工作面概况

戊9-10-22310风巷位于三水平戊二东翼采区，地面标高为165～280 m，井下标高为-568～-635 m。地面相对位置在窑沟外口，中部为马家；井下相对位置西部为未采动实体，东部为平煤四矿风井保护煤柱边界，北部为未采动煤体，南部为未采动实体，上部为戊8-22290采空区，同时戊8-22290采面750 m左右进行回采工作，巷道上部戊8-22290采面回采过3个月，正处于应力释放及采动影响阶段。巷道在戊9-10-22310辅助运输巷上段开口，与戊9-10-22310中间巷方位一致，与戊9-10-22310辅助运输巷成80°夹角，向东施工735 m。该巷道沿戊9-10顶板施工，上覆为戊8煤层采空区，岩柱厚4.5～7.6 m，戊9-10煤层合层平均厚3 m左右，煤层稳定，煤体较硬，顶板基本完整。该巷道在戊8-22290采面回采推过不到3个月，围岩应力集中，动压影响很大，因此，支护难度也较大。戊9-10-22310工作面层位关系见图1。

2 横向组合梁支护理论分析

2.1 高强让压锚杆力学性能

与普通高强锚杆相比，高强让压锚杆多一个让压箍，在上部压力作用到锚杆之上时，压力会传递到让压箍上，当压力达到一定界限，会造成让压箍的变形，从而缓解了锚杆的直接受力情况，减少了锚杆的破断载力，从而达到了支护的效果。让压箍作用示意见图2。

2.2 组合梁力学原理

使用W钢带后，将单个锚杆点锚形式变成组合梁，使上覆作用的力均匀分布到组合梁上，增大受力面积，在作用力一定的情况下，直接作用的支护材料的压强变小，同时高强让压锚杆+W钢带通过锚索作用又与上覆岩柱形成组合拱，极大地提高了支护的强度，从而确保顶板的支护强度。组合梁与点锚作用对比见图3。

图1 戊9-10-22310工作面层位关系示意

图2 让压箍作用示意

图3 组合梁与点锚作用对比示意

煤矿顶板是由不同层状岩体组合成的组合梁，为了使组合梁达到最佳强度，应该设计合适的锚杆长度及锚杆系统的安装应力。达到最佳组合梁的锚杆系统设计应满足下列条件：通过调整安装应力，使锚杆支护系统能够控制锚固范围内的顶板离层;锚固系统应能够减少或消除顶板的拉应力区; 锚杆应能够锚固在稳定的岩层中;锚固系统应有足够的能力控制顶板，并且在整个支护期间内不失效。

3 巷道支护设计

3.1 支护参数

施工断面宽4.6 m，高3.4 m。采用高强高预应力可变形让压锚杆，材质为 MSGLW-500高强螺纹钢，锚杆屈服强度为500 MPa,抗拉破断强度为630 MPa,最大总伸率为15%。顶部采用φ22 mm×2 600 mm高强让压锚杆,帮部采用φ20 mm×2 600 mm 高强锚杆,锚杆间排距为800 mm×800 mm。锚索采用φ21.6 mm×6 500 mm低松弛高强度钢绞线锚索，屈服载荷为152.3 kN，破断载荷为246.4 kN，锚索间排距为1 600 mm×2 400 mm或1 600 mm×1 600 mm。顶网使用2片3 m长金属网，上帮采用1片3 m长金属网，下帮采用1片2.4 m长金属网。顶板采用JDW275-2.75 mm高强W钢带，钢带宽275 mm，眼直径不大于44 mm，长度根据现场需要进行加工，搭接连锁。巷道支护示意见图4、图5。

图4 巷道支护断面示意(单位：mm)

图5 W钢带支护示意(单位：mm)

3.2 施工顺序

施工顺序为EBZ-160型掘进机掘进→机载临时支护→铺网及W钢带超前挂顶网→按W钢带眼打顶锚杆眼→安装顶锚杆并紧固→刷帮→打帮锚杆眼→挂帮网→安装帮锚杆→检查锚网质量。两帮支护落后顶板支护不超过2排，顶锚索紧跟迎头。

3.3 施工要求

(1)锚杆安装，包括装锚固剂，插入锚杆，搅拌药卷和紧固螺母。用锚杆将药卷送至孔底并搅拌均匀(30±5) s，利用专用锚杆扭矩放大器对锚杆施加预紧力，预紧扭矩不小于140 kN·m。锚杆孔与岩面层理面要有一定的夹角，锚杆孔与巷道轮廓线夹角不小于75°，外露小于50mm，锚盘紧贴岩面。

(2)铺网。挂网要求平整，且搭接符合要求，前与后、上与下压茬，搭接部分不小于100 mm，且要有锚杆穿过，并用锚盘压紧，使钢丝网紧贴岩面或煤壁，每200 mm必须用大于14#铁丝连结一道。

4 支护效果

成巷后对巷道表面位移进行了连续观测，共设置了7个观测站，每个测站包括2个巷帮位移测点和1个顶板离层测点，共同监测巷道断面位移情况，结果见图6。可以看出，巷道顶板离层量小于20 mm，两帮移近量小于45 mm，高强让压锚杆+W钢带支护可以有效控制高应力区围岩变形，同时，采用W钢带作为支护材料比U型钢节约25%，减少了施工作业量和支护成本，降低了劳动强度，提高了劳动效率。

5 结 论

平煤六矿戊9-10-22310风巷在戊8-22290采面近距离动压影响下，采用高强让压锚杆+W钢带支护技术 ，高强让压锚杆通过W钢带的连接，不但使支护形成一种横向组合梁，确保了组合支护的强度，而且高强让压锚杆的让压箍能够在承受动压时产生变形，起到顶板管理的预警作用，并且动压造成让压箍变形，能够减少压力对锚杆本身的作用，从而达到预想的支护效果[2]。这种支护方式在近距离煤层动压掘进使用时，做到一次成巷，工作面形成后，动压造成的影响得到了很大的缓解，通过围岩观测及分析，在采面移交时，不再进行返修，节约了大量的返修费用，提高了采面移交的质量，缩短了施工工期。

图6 巷道表面位移监测结果