深井厚煤层综采工作面顺槽支护技术

深井厚煤层综采工作面顺槽支护技术

杨京京

（中煤新集能源股份有限公司  口孜东矿  安徽阜阳  236153）

摘要：口孜东矿地面标高为+23.52～+27.58m，一水平为-967m，由于口孜东矿煤层埋藏深，矿压显现明显，工作面两巷变形速度快、变形量大，对保证安全生产极为不利。根据口孜东矿综采工作面顺槽支护经验，140502工作面风巷采用工程类比法进行支护设计，采用锚网索喷支护，即采用锚杆、锚网、锚索、M钢带、H钢带联合支护方式，局部区域采取全断面注浆加强支护。现场实践表明加密锚索极大的提高了巷道的支护强度，喷浆及时封闭围岩，巷道应力显现、巷道位移量大、过地质构造带、淋水段及时进行注浆支护，及时补打垂直中线吊梁对巷道进行加强支护，加强工程质量管理，保证工程质量，保证了巷道支护强度，回采期间巷道断面满足安全生产需要，保证了工作面安全高效回采，对类似条件下的巷道支护具有一定的借鉴意义。

关键字：深井；厚煤层；顺槽；支护

口孜东矿地面标高为+23.52～+27.58m，一水平为-967m，由于口孜东矿煤层埋藏深，矿压显现明显，工作面两巷变形速度快、变形量大，对保证安全生产极为不利。为保证工作面的安全高效回采，在多年的实践经验上，对巷道进行合理的支护设计，提高支护强度，加强工程质量管理，保证了巷道支护强度。本文以140502工作面风巷为例进行说明。

1 概况

（1）1140502工作面采用倾斜长壁布置，风巷走向长911.0m，其可采走向长826.7m，风巷5煤开采底板标高-984.3m～-861.7m；该巷道拨门位置位于5煤顶板岩层中，掘进进入煤层后主要跟5煤及其顶板砂泥互层（10.9m）施工。

（2）140502工作面内5煤以黑色为主，少量褐黑色，以粉末状、碎块状为主，性脆易碎。根据实测及邻近钻孔资料分析，面内5煤层全层厚度4.0～8.0m，平均厚度6.61m。5煤顶板发育一层煤线，间距为0～4.5m，平均距离为1.74m，煤线厚度0～1.33m，平均厚度为0.89m。

（3）5煤层直接顶为砂质泥岩及6煤组成的复合顶板,厚度0.98～11.71m，平均厚度6.44m，普氏系数3～3.9；老顶为细砂岩,厚度2.35～9.90m,平均厚度8.65m，普氏系数6.2～7.3；直接底为砂质泥岩，厚度1.67～6.3m，平均厚度3.13m，普氏系数3.1～4.1；老底为细砂岩，厚度1.88～7.83m，平均厚度3.93m，普氏系数4.3～6.8。

2 支护方式、参数及要求

2.1支护方式

根据口孜东矿综采工作面顺槽支护经验，采用工程类比法进行支护设计，决定140502工作面风巷断面为直墙半圆拱形,净宽×净高=5800×4600mm，采用锚网索喷支护，即采用锚杆、锚网、锚索、M钢带、H钢带联合支护方式，局部区域采取全断面注浆加强支护。巷道支护断面图见图1。

2.2 锚网索支护参数及要求

（1）巷道断面每排布置17根锚杆（不含增补锚杆），锚杆间排距为800×800mm；锚索间排距为1200×1600mm，每排布置11根锚索，配合M5钢带使用。

（2）锚网采用锚杆、H钢带压茬；锚网搭接长度不小于100mm，采用双股12#铁丝联网。

（3）进入煤巷后全断面使用双层钢筋网支护，在煤岩交界处采用三层网支护，内层为一层塑料网，外层为两层钢筋网。

（4）安装锚杆时，拱部锚杆每根使用3卷MSZ2850型锚固剂，帮部锚杆使用2卷MSZ2850型锚固剂，搅拌时间为20～35秒。安装锚索时，拱部、肩窝每孔3卷MSZ2850型锚固剂，帮部使用2卷MSZ2850型锚固剂锚固剂搅拌时间为20～35秒。

（5）补强支护方式：巷道煤岩交界面上下两侧，与原锚杆距离400mm处各增各补一根锚杆。

图1   140502工作面风巷支护断面图

2.3 锚网索支护材料

锚网索喷支护使用材料见表1。

表1    锚网索喷支护材料表

2.4 锚索吊梁加强支护方式参数

（1）锚索吊梁采用12＃工字钢加工，吊梁长度为3.5m，一

梁三索。

（2）锚索吊梁每两根为一组，其中间距为80～1000mm，每组吊梁排距为2.6m，允许误差±100mm，吊梁锚索选用9.2m锚索，锚索预紧力达到160kN。当肩窝处破碎严重时，增补一路平行中线的吊梁。

（3）吊梁布置位置：锚索吊梁垂直于巷道中线布置。

（4）锚索吊梁滞后迎头不超过40m。

2.5 喷浆支护参数

喷射混凝土采用PC-9U型喷浆机，喷射混凝土为C20砼，喷射混凝土配比（质量比）：水泥：黄砂：碎石子=1:2:2，水灰比：0.45。水泥与黄砂和碎石子应翻拌3遍使其混合均匀，速凝剂掺入量为水泥量4%。速凝剂在喷射机上料口处均匀加入，必须随喷随加，不得提前拌入料中。

2.6 注浆支护参数

（1）一次支护锚网索喷后，对巷道应力显现、巷道位移量大、过地质构造带、淋水段，及时进行注浆支护。注浆采用注水泥浆或水泥浆和水玻璃。

（2）对帮、顶进行深孔注浆作业时，按排距5～15m打孔注浆（根据现场实际注浆扩散半径可适当调整），每排布置3～5根锚注管，分别布置在巷道顶板、两帮（底脚的注浆孔距离底板不得超过1.5m），孔深8～15m，原则上打一个孔注一个孔。

（3）水泥采用M32.5普通硅酸盐水泥，水玻璃采用模数为2.11～2.8，浓度为38～42。浆液配比见表2。

表2   浆液配置表

3 喷注浆施工工艺

3.1 喷浆施工工艺

（1）若割窑后顶、帮片掉严重，先进行初喷支护；若割窑后不出现片掉，先进行锚杆索支护，然后再进行喷浆。

（2）喷射混凝土采用潮喷或湿喷，巷道喷浆厚度覆盖锚网、封闭煤层即可。喷浆前先用高压水或压风冲洗受喷面，喷射时先下后上，先墙后拱，先凹后凸，先裂隙后表面最后封顶，喷射时要由外向里划段进行，每段长1.0～2.0m。

（3）为了减少喷射混凝土的收缩裂隙，应使用湿潮的中粗砂，控制水泥用量，严格掌握水灰比。

（4）迎头采用钻车支护时，因巷道裸露较高，打锚杆后进行喷浆。

（5）迎头山墙支护完成后全断面不得喷浆，两帮至迎头10m，巷道底板向上1.2m范围内支护后滞后喷浆，特殊情况需要喷浆的必须提前联系地测科。

（6）当顶板岩层不完整、易出现片掉时，喷浆支护紧跟迎头；当顶板完整、岩性较好时，喷浆支护滞后迎头不超过60m。

3.2注浆施工工艺

（1）注浆顺序：先对浅孔低压注浆封孔，再对深孔加压注浆。

（2）工艺流程：单液水泥经充分搅拌→注浆泵→控制阀→孔口管→岩层裂隙。

（3）注浆系统准备：安装就位注浆泵，搅拌筒、清水桶、浆液桶及各连接管路、阀门、设备等形成注浆系统。

（4）压水实验：每孔安设孔口管后接通输浆管路进行压水试验，压力由小到大逐步升压到终压（设计压力的1.5倍）注清水2min。以对注浆管路系统连通性、耐压性进行检验。发现问题及时处理。

（5）初始注浆要先从小到大的顺序缓慢打开注浆泵的供液阀门进行注浆，注浆过程中要注意压力表的变化情况，当压力表达到设计值时，稳定时间达5min时，先关闭注浆泵，再关闭注浆胶囊处的孔口阀，然后打开压力表下侧的卸压阀进行卸压，使残余在管路内的浆液回流到储液桶内，然后卸下U型销，取下注浆管路。孔口阀要待注浆管内浆液初凝后，方可拆卸。

（6）注浆孔注浆终孔压力必须符合设计。巷道注浆压力顶板4.0MPa、帮部不小于2.0MPa，注浆泵压力表的注浆压力应按要求设置，禁止人为调高或降低注浆压力。

（7）注浆锚杆采用“黄泥或锚固剂”进行封孔，封孔时间不少于10min，然后再进行注浆，注浆管外露长度为100～200mm。

（8）跑浆处理：跑浆时可提高浆液的浓度，进行间歇注浆，或对跑浆处可视具体情况用棉纱或黄泥打钎塞堵裂缝，如遇大面积跑浆时，对该煤矸破碎处进行挖除，然后进行封堵。有一定强度后，在附近打眼注浆。

（9）注浆验收标准：验收采用现场试压法和效果评价法相结合的验收方案。

（10）注浆验收效果评价：出现巷道大面积浆皮开裂、顶板变形明显、底鼓严重、巷道淋水严重、围岩敲击回响明显、底板未硬化等喷、注效果不好情况，月度喷、注浆效果考核按照不合格执行。

4 施工方法     

（1）采用EBZ-200C综掘机掘进，侧卸式装岩机、皮带机出货的方式，多工序平行作业。

（2）巷道围岩稳定、岩性好时，采用综掘机割窑、锚杆钻车支护的施工方法，割窑后，上部高度不小于3.5m。

（3）巷道围岩岩性差，易片掉时，分两个台阶的方法施工，上台阶采用风动工具支护，上台阶高不大于2.6m，二台阶到底板，分两次支护，一台阶拱部迎头两排至少打9根顶部锚杆方可进行下一循环的施工，二台阶支护到底，台阶施工长度最长25m，最短5m。

（4）最大、最小循环进尺：正常情况下，每循环进尺1.6m，控顶距为1.8m；顶板岩石稳定性较差，易片掉时，每循环进尺0.8m，最大控顶距为

1.0m。

5 顶板管理措施

5.1 顶板管理技术要求

（1）锚网支护：拱部锚杆支护紧跟迎头，帮部裸露超过1500mm必须及时进行支护，围岩稳定时，帮部锚杆支护距迎头不超过15排，围岩条件差时，帮部锚杆支护紧跟迎头，帮部锚杆支护距迎头不超过10排；帮部最下一排锚杆距底板不超过300mm。

（2）顶板岩性较好时，正顶3根锚索支护滞后迎头不超过8m，肩窝、帮部锚索滞后迎头不得超过80m；顶板岩性较差时，正顶3根锚索紧跟迎头，距迎头不超过4m（满足M钢带施工要求及时施工加压），肩窝、帮部锚索滞后迎头不得超过60m；底脚锚索待铲地后进行支护。

（3）如因顶帮片漏造成锚杆失锚时，可补打6200mm锚索加强支护；当迎头锚杆支护起不到作用时，采用6.2m锚索代替锚杆进行支护，锚索支护紧跟迎头。

（4）顶部锚索必须生根在稳定的岩层中不小于2m，否则应加长锚索长度。

（5）顶板破碎段施工超前钢筋控制顶板时，若顶板片漏严重，超前钢筋间距不得超过150mm。

（6）巷道顶板布置一路锚索吊梁加强支护及作为单轨吊轨道的生根点，锚索吊梁长度为3500mm，锚索吊梁每2根为一组，间距为800～1000mm，每组锚索吊梁排距为2.6m，锚索吊梁滞后迎头不超过40m。

（7）巷道掘进过程中，若迎头采用超前钢筋作为超前支护，正顶3路锚索支护滞后迎头不超过1.6m。

（8）巷道托顶煤施工时，当托顶煤厚度小于锚杆长度的1/3时，正顶3路锚索滞后迎头不超过1.6m，当托顶煤厚度大于锚杆长度的1/3时，锚杆支护只能当做临时支护，锚索按照800×800mm施工至迎头位置。

（9）巷道过断层、地质构造带等顶板破碎时，正顶3路及肩窝2路锚索支护滞后迎头不超过1.6m，锚索按照800×800mm布置或使用锚索吊梁加强支护（锚索吊梁垂直于巷道走向布置）。

（10）巷道顶板破碎、遇地质构造带、三岔门、四岔门、过煤等特殊地带施工时，必须进行喷注浆加固。

5.2 顶板管理安全技术措施

（1）建立健全“敲帮问顶”制度。对于地质构造等顶板破碎地带，必须安排专人进行常态化敲帮问顶工作。

（2）施工期间巷道后方有锚网开裂时，及时处理，并每班必须要安专人负责找除，每班专人找顶不少于3次，确保巷道施工期间行人的安全。

（3）锚杆、锚索垫板必须紧固，构件齐全，锚杆螺母必须用机械或扭矩扳手拧紧，确保锚杆垫板紧贴岩面，若壁易片，施工中锚杆外漏过长时，则在原垫板后加设木垫板支护。

（4）正确使用好超前支护和临时支护，严禁在空顶区作业。

（5）严禁将支护锚杆或锚索作起吊锚杆使用。

（6）定期检查锚杆（索）支护巷道，对顶、帮失效的锚（索）杆应及时在旁边重新补打合格，对松动的螺母应及时紧，松动的锚索锁具要及时补压。

（7）当锚杆眼出水时，不得安装锚杆，以防失锚，必须在旁边重打锚杆眼，再安装锚杆。

（8）必须时时监护巷道支护状况，对出现断锚、断索、退索及围岩异常等地点，必须及时加强支护，要遵循由外向里、先顶后帮的顺序进行处理，确保安全。

（9）地质部门要及时提供掘进工作面前方顶、底板岩性资料，以便及时调整支护方案；当地质条件变化时，要及时采取相应措施，立即修改支护参数或改变支护形式。

（10）巷道顶板过断层、破碎带等岩性条件差时必须向迎头顶板方向超前打钢筋作为超前支护，锚网索一次支护时超前钢筋必须在下一个循环进尺之前从巷道正顶打好，起到超前控顶的作用；并加密锚杆或锚索等强化支护措施，其支护范围应延伸至巷道正常地点以外5～10m。

（11）根据地质资料，该段巷道在掘进过程可能会揭露小断层及岩层裂隙发育带、压性滑面等情况，技术部门应做好预测预报工作，施工单位加强顶板管理和巷道支护管理，发现问题要及时汇报和处理。揭露断层后，如果落差较小，上下盘顶板较稳定，可采用锚网支护直接通过，断层面前后5m应加强支护，锚索间排距缩小为800×800mm。

（12）大坡度上山严格执行超前网支护，每次割窑后，找净活矸危岩后，立即将超前网配合护顶锚网贴至顶板后再进行临时支护；当临时支护齐后及时进行山墙防骗帮网的安设，防片帮网锚杆使用长2.5m的锚杆，不得少于4根，防片帮锚网必须覆盖整个山墙。

（13）过淋水段时，所有的锚杆索必须实名制，当班跟班队长进行验收、并进行抽检；若水量较大，必须施工放水孔放水，用风筒布或塑料布将水引到帮部，挖设水沟排水；当具备条件时，对淋水段进行注浆加固；在淋水段增设顶板离层仪，及时观测顶板情况，若离层了明显增大，增设点柱加固顶板。

6 结语

根据矿井多年的施工经验，加密锚索极大的提高了巷道的支护强度，喷浆及时封闭围岩，巷道应力显现、巷道位移量大、过地质构造带、淋水段及时进行注浆支护，加强工程质量管理，保证工程质量，可以有效保证巷道支护强度。140502工作面回采期间巷道断面满足安全生产需要，保证了工作面安全高效回采，对类似条件下的巷道支护具有一定的借鉴意义。

作者简介：

杨京京（1986—　），男，安徽涡阳人，采矿工程师，2010年毕业于安徽理工大学采矿工程专业，现任口孜东矿综掘三队队长。