锚杆锚索联合支护技术在大断面开切眼支护中的应用

孙江鸿

（西山煤电集团有限责任公司镇城底矿， 山西 古交 030203）

大断面巷道支护长期以来是困扰和影响煤矿安全生产的重点难题之一。厚煤层大断面在开采过程中，其采区巷道及回采巷道的布置均沿煤层底板进行掘进，这种掘进方式实现了综合机械化采掘，具有提高掘进速度、降低生产成本、早出煤少出矸、便于后期工作面回采布置等优点，但也存在巷道断面大、围岩松软、裂隙发育、围岩控制难度大、后期维护成本高等不利因素。本文针对镇城底矿22603综放工作面开切眼的支护难点进行分析研究，结合该矿特殊地质生产条件，设计了锚杆锚索联合支护的技术方案，并联合支护技术的实践效果进行监测分析。

1 矿井概况

镇城底矿位于山西古交西北部西山煤田西北隅，距古交市9.5 km处，矿区南北长约5.9 km，东西宽约6.3 km，矿井面积约32.8 km2，矿井设计生产能力190万t。22603工作面位于该矿南六采区，主采2、3号煤层，工作面平均赋存深度（距离地面）471 m，煤层平均厚度为8.9 m左右，煤层整体呈-单斜构造，大致由东向西倾斜，煤层倾角平均为6°，22603工作面设计采长160 m，顺槽长度530～608 m，可采长度430 m，可采储量32.6万t。采用走向长壁后退式综合机械化低位放顶煤开采的采煤方法，顶板支护采用ZF13000/25/38型综放液压支架，采高为3.5m，放煤厚度为9.6 m，采放比约1∶2.93，循环进度、放煤步距都为0.8 m，顶板管理采用自然垮落法。22603工作面切眼净宽8600 mm，铺底前净高3680 mm，沿煤层底板掘进，顶煤厚度约9.3 m，为典型的大断面厚煤顶巷道[1-2]。煤层顶底板情况表见表1。

表1 煤层顶底板情况表

镇城底矿结构采掘技术方案和实践经验，工作面区段平巷、开切眼等均沿厚煤层的底板布置，导致矿山压力最显著的区段平巷及开切眼顶底板均为煤体，实体煤围岩较岩石软弱，裂隙发育，且开切眼巷道跨度大，当巷道掘进后，巷道变形及破坏过程基本是先发生离层，再弯沉变形，然后煤体破断并发展碎裂，失去自稳强度，巷道顶板离层一般发生在具有不同刚度性质的岩层结合面上，离层发展到一定程度，弯沉的岩层中部逐渐受拉，裂隙发育并逐渐破碎，而破坏点往往先发生在原生裂隙处、软弱夹层处，并逐步向围岩深处发展，破坏了顶板的整体结构，需要借助外界的支护来维持稳定。但开切眼内部由于需要预留液压支架等设备安装空间，支护空间限制性较大，需要针对特殊的地质生产条件制定支护方案，对支护的强度及质量要求较高[3]。

2 巷道支护方案设计

结合镇城底矿原有巷道支护设计方案及经验，通过理论分析与现场调研，针对开切眼的围岩变形特点，设计巷道外部采用锚杆索综合支护方案，浅部锚杆支护形成一个“组合拱”，锚杆并非打设越密集越好，而是选择合适的间排距，每排的几根锚杆锚固区能够有效组合，相邻两排的锚固承压拱能够紧密排列即可；深部锚索支护形成更大的承压拱结构，使深部围岩具有自稳能力及承载能力，与浅部承压拱相互作用，控制围岩变形，且设计时应重视锚索的悬吊作用和水平挤压作用，简单的单体锚索不能最大限度发挥锚索的支护能力，而应该在组合锚索方面下功夫，充分发挥锚索的整体支护效能；巷道内部采用打木垛及支设单体液压支柱加强支护，木垛支护为被动让压支护，单体液压支柱为主动承压支护，能够更好地弥补锚杆索支护的缺陷，在巷道内部施加足够的支护力，更好地控制巷道围岩的变形特别是顶板离层。通过支护理论分析研究，设计出22603工作面开切眼的支护方案设计图如图1所示。

图1 22603工作面开切眼的支护方案设计图（mm）

1）顶锚杆支护参数：顶板锚杆支护采用Ф20左旋无纵筋螺纹钢锚杆，长3100 mm，每排11根锚杆，间排距800 mm×800 mm，两侧两根锚杆与水平方向呈70°夹角斜向上打设，中间9根锚杆垂直顶板打设，每根使用CK2340、K2340树脂锚固剂各1根加长锚固，锚固力≤80 kN/根。

2）顶锚索支护参数：顶板支护采用锚索进行加强支护，同时打设单体锚索及组合锚索。单体锚索每排4根，排距1600 mm，每2根锚索悬吊1根11号工字钢梁（分别长4500 mm及5000 mm），单体锚索长8300 mm，直径17.8 mm；组合锚索每排两组，排距1600 mm，与巷道中心线距离均为2550 mm对称打设，每组组合锚索5根，直径17.8 mm，中心孔锚索长10300 mm，四角锚索长6300 mm，托板规格为600 mm×600 mm×16 mm。

3）煤柱侧煤帮支护参数：采用Ф18左旋无纵筋螺纹钢锚杆，长3100 mm，每排4根锚杆，间排距900 mm×800 mm，锚杆垂直巷帮打设。

4）实体煤侧煤帮支护参数：采用Ф20普通玻璃钢锚杆，长2500 mm，每排4根锚杆，间排距900 mm×800 mm，锚杆垂直巷帮打设。

5）巷道内支护：两排单体液压支柱，一排距采空区侧煤帮2000 mm，一排距采煤帮煤壁2000 mm，支柱使用DWX45-150/110型带1.2 m长金属铰接顶梁；一排木垛中线与采煤帮煤壁侧单体液压支柱中心线重合，使用1200 mm×200 mm×200 mm的方木打成“井”型，木垛中心距为6400 mm。

3 效果分析

镇城底矿为验证锚杆锚索联合支护技术该矿22603工作面开切眼支护中的效果，实践过程严格按照设计方案及支护参数对工作面的开切眼顶、帮进行支护，同时对巷道围岩的变形量进行监测，以确保支护质量。由该矿地测科技术人员在现场布置测点对巷道的围岩变形量等进行观测。观测结果显示，在28 d的观测期内，巷道顶底板移近量范围为13～55 mm，两帮移近量为15～45 mm，有效控制巷道围岩变形[4-5]。

4 结论

为有效控制巷道围岩变形，镇城底矿结合矿井地质条件及采掘经验采用锚杆、锚索联合支护技术，通过现场实践和矿压监测数据分析来看：该支护方案对开切眼围岩控制效果良好，巷道顶底板移近量范围为13～55 mm，两帮移近量为15～45 mm，实现了对22603工作面开切眼的有效支护。