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【摘 要】针对急倾斜特厚易燃煤层多分段综放开采采动影响大，巷道容易变形，木棚、工字钢梯形支架配合普通圆钢锚杆支护不能满足高压力松软破碎煤层巷道和开切眼支护要求的具体情况，研究应用高轻度锚杆、锚索在不同巷道的支护技术，解决了巷道及大断面开切眼的支护问题，取得了良好的经济效益。着重介绍了高强度的锚杆、锚索支架在工作面回风巷道的顶板支护、巷帮支护，开切眼第一次开掘断面支护、第二次开掘断面支护的主要技术参数和材料以及试验应用情况。详细说明了顶板支护、两帮支护、锚索安装的具体过程。最后将锚杆支护与原有棚式支护及混合支护综合费用进行了对比。提出了采用该技术增大了巷道和开切眼支护强度，减少了巷道变形量，可防止巷道片帮冒顶，消除了煤巷自然发火，降低了综合费用。该技术施工工艺简单、掘进功效高、劳动强度降低，有利于提高综放工作面单产水平，促进矿井安全高效生产，可创造良好的经济效益和社会效益，具有广阔的推广应用前景。
【关键词】高压力松软煤层;高轻度锚杆;支护技术
0.概况
随着煤炭技术的发展，锚杆支护已成为当今世界煤炭开采技术的发展趋势。1996-1997年引进澳大利亚锚杆支护技术，在扎赉诺尔矿务局进行了现场演示，基本上解决了一般条件下巷道支护问题，但复合顶板、松软破碎煤层巷道锚杆支护技术在国内外的研究成果和应用实例还很少，尚处于研究阶段。扎赉诺尔煤业有限责任公司铁北煤矿2001-2002年与湖北新南方技术股份有限公司开采所共同研究综采放顶煤开采条件下高压力松软破碎煤层巷道锚杆支护技术取得了显著成效，创造了很好的经济效益，并在扎赉诺尔煤业有限责任公司所有矿井中推广应用。
铁北煤矿是一座年产300万t全国特级高产高效矿井，2010年生产原煤220万t。铁北煤矿开采平均厚度51.51m、倾角45°的急倾斜特厚易燃煤层，普氏系数f=1-3，埋藏深度465~514m，顶板岩性为炭质泥岩和粉砂岩，赋存不稳定，直接顶为砂岩或粉砂岩，老顶为粉砂岩及细砂岩；底板为泥质胶结中的中、粗砂岩，常具有似鲕状结构。采用水平分段综采放顶煤开采，开切眼和工作面巷道易底鼓、易片帮、易冒顶，支护难度大。
1.巷道、开切眼支护及变形原因分析
1.1支护形式及支护状况
矿井采用水平分段综采放顶煤开采，分段高度13m，工作面巷道均为梯形断面的全煤巷道，运输巷上宽2.8m，下宽3.8m，高2.5m，净断面积8.25m2，回风巷上宽2.4m，下宽3.4m，高2.5m，净断面积7.25m2，开切眼上宽2.4m，下宽3.4m，高2.5m，净断面积7.25m2，长度245-249m，煤层上部为采空区。采用木棚和11#工字钢梯形支架配合圆钢普通锚杆支护，易片帮冒顶，维护量大，维护费用高，巷道发火频繁，顶底板最大移近量1200mm，两帮最大移近量980mm；开切眼断面积小，综采设备安装困难。回采期间工作面两出口片帮严重，巷道起底高度达1.5m以上，严重影响矿井生产安全。
1.2巷道变形原因分析
⑴矿井开采深度大，矿山压力大。
⑵木棚和“工”字钢支架配合普通圆钢锚杆支护强度小，支架与锚杆不同时受力，锚杆初锚力大，木架初撑力小，锚杆受力损坏，木棚受力增大，各个击破，不能有效的支护巷道。
⑶井田走向长度小，2个分段同时采掘生产，采动影响大。
⑷煤层松软破碎，伪顶、伪底泥岩多，遇水膨胀，易底鼓，围岩支撑力小。
2.井下试验情况
高轻度锚杆支护技术研究试验分为巷道和开切眼支护试验两部分，一部分在408、409工作面回风巷道试验，另一部分在501、502综采工作面开切眼支护试验。累计试验支护工作面巷道1258m，两个宽度6.2m、高2.5m、净断面积15.5m2，共计长度292m的大断面开切眼，试验总长度1350m；顶、底板最大移近量52mm，两帮最大移近量68mm，断面收敛仅为8.9%。现已支护掘进巷道30000m，支护安装了8个大断面开切眼，均未出现支护问题。
3.锚杆支护主要参数及材料
3.1工作面回风巷道
3.1.1顶板支护
采用长度2200mm、直径20mm的左旋无纵筋高强度螺纹钢支护，杆尾螺纹M22，采用一支K2335、一支Z2360树脂锚固剂加长锚固，锚固长度950mm，钻孔直径28mm；每排4根锚杆，排距750mm，间距750mm，靠近煤壁一侧的锚杆安装角度与垂线成30°，靠近顶板一侧的锚杆安装角度与垂线成45°，其他锚杆垂直顶板布置，并配套220-3-2400-4-750型W钢带和12号铁丝编织的菱形金属网护顶，钢带宽度220mm，厚度3mm，长度2400mm，4个孔眼，孔间距750mm。锚杆托板采用120（120拱形高强度托盘，长度7m、直径15.24mm、1×7股高强度低松弛预应力钢绞线锚索补强支护，一支K2335、两支Z2360锚固剂锚固，锚固长度1500mm，钻孔直径28mm，每隔两排打一根锚索，安装在顶板中部，锚索间距1500mm。
3.1.2巷帮支护
采用长度2200mm、直径20mm的左旋无纵筋高轻度螺纹钢支护，一支Z2360锚固剂锚固，锚固长度600mm，钻孔直径28mm；每排4根锚杆，排距750mm，间距750mm，上、下两帮角锚杆与水平线呈10°安装，其他锚杆垂直煤帮；12号铁丝编织的菱形金属网和采用直径14mm、宽度100mm、长度2400mm的SB-14-100-2400-4型钢筋托梁护帮，托梁长度2400mm，宽度100mm，4个锚杆眼孔，布置锚杆排、间距为7500mm。
3.2开切眼
开切眼断面较大，采用分段面两次掘进法。先掘进3.4m×2.5m的断面，再掘进2.8×2.5m的断面，两次掘进形成宽度6.2m、高度2.5m的大断面开切眼。
3.2.1第一次开掘断面支护
顶板支护：采用长度2200mm、直径22mm的高强度螺纹钢锚杆支护，一支K2335、一支Z2360树脂锚固剂锚固，钻孔直径28mm；每排4根锚杆，排、间距750mm，靠煤帮的锚杆与垂线成30°安装，其他锚杆垂直顶板布置，配套220-3-3200-5-750型W钢带和3200mm×850mm菱形金属网护顶，钢带宽度220mm，厚度3mm，长度3200mm，5个孔眼，孔间距750mm。每2排锚杆打1根锚索，锚索排距1.5m。锚杆托板、锚索型号及锚固方法与巷道的相同。巷帮支护：待扩巷帮（采煤机侧巷帮）采用直径18mm、长度1800mm的可切割玻璃钢锚杆支护，其他支护与巷道巷帮支护相同。
3.2.2第二次开掘断面支护
顶板支护：采用长度2200mm、直径22mm高强度锚杆支护，一支K2335、一支Z2360树脂锚固剂锚固，钻孔直径28mm；每排4根锚杆，排、间距750mm，靠煤帮的锚杆与垂线成30°安装，其他锚杆垂直顶板布置；配套220-3-2450-4-750型W钢带和12号铁丝编织的2800mm×850mm菱形金属网护顶，钢带宽度220mm，厚度3mm，长度3200mm，4个孔眼，孔间距750mm，每排安装4根锚杆、1根锚索，锚索交错布置，1根安装在顶板靠近煤帮一侧，另一根安装在顶板中部，两排锚索水平间距1600mm。巷帮锚杆托板采用木托板配合拱形高强度托板，木托板规格为300mm×200mm×50mm；其他与第一次掘进支护相同，巷帮支护同每一次掘进的待扩帮支护相同。
4.施工工艺
顶板支护：掘进割煤→打掉危岩、出煤→铺金属网→托上钢筋托梁→临时支护→钻顶板中部锚杆孔→清孔→安装树脂药卷和锚杆→用锚杆机搅拌树脂药卷至规定时间→停止搅拌并等待1min→安装其他顶板锚杆。
两帮支护：高强度锚杆支护的一侧为钻孔→清孔→铺金属网→安装钢筋托梁→安装树脂药卷和锚杆→搅拌树脂药卷→等待1min→拧紧螺母→安装其他帮锚杆。玻璃钢锚杆支护的一侧为钻孔→清孔→安装树脂药卷和锚杆→搅拌树脂药卷→等待1min左右→拧紧螺母→安装替他帮锚杆。
锚索安装：钻孔→清孔→暗转树脂药卷和锚索→搅拌树脂药卷→等待1min→装托板和锚具→张拉锚索→切割多余部分。
5.锚杆支护与原有棚式支护及混合支护综合费用比较
5.1工作面巷道费用比较
从支护材料、工人工资、巷道维修费用、巷道防灭火费用、支护材料的运输及回收费用等5个方面综合比较如下表一所示，高强度锚杆支护巷道综合费用为1321.2元/m，木棚配合普通锚杆锚网密集支护巷道综合费用为1659元/m，工字钢梯形支架配合配合普通锚杆锚网支护巷道综合费用为1787.7元/m，高强度锚杆支护巷道综合费用分别比木棚、工字钢支架低337.8元和466.5元。年掘进煤巷12000m，可节余支护费用500多万元。
5.2开切眼支护综合比较
从支护材料费、综采设备安装费、安装工期等几个方面进行比较。高强度锚杆支护材料费11.67万元，施工及安装费9.12万元，采用木棚配合普通锚杆联合支护材料费7.05万元，施工及安装费8.9万元。采用高强度锚杆支护比木棚支护的支护材料费和施工及安装费用多4.84万元，但可提前4天投产，多产煤1.6万t，实现利润28.8万元，净增收入23.96万元。每年安装4个综采工作面可增收节支95.84万元。
6.总结
采用高强度锚杆配合菱形金属网、W钢带、树脂加长锚固支护高压力松软破碎煤层巷道和大断面开切眼，小直径预应力锚索补强支护，增大了巷道和开切眼支护强度，减少了巷道变形量，可防止巷道片帮冒顶，消除了煤巷自然发火，降低了综合费用，每年可创造直接经济效益430-650万元。该技术施工工艺简单、掘进功效高、劳动强度降低，有利于提高综放工作面单产水平，促进矿井安全高效生产，可创造良好的经济效益和社会效益，具有广阔的推广应用前景。
【参考文献】
［１］王国柱.采煤工艺.中国矿业出版社，1994.
［２］李白英,肖洪天.中国特殊开采技术新发展.现代采矿技术国际学术讨论会论文集，1988.
［３］煤矿矿井采矿设计手册.煤炭工业出版社，1984.
［４］王刚.煤矿地下开采.中国矿业大学出版社，1990.
【关键词】高压力松软煤层;高轻度锚杆;支护技术
0.概况
随着煤炭技术的发展，锚杆支护已成为当今世界煤炭开采技术的发展趋势。1996-1997年引进澳大利亚锚杆支护技术，在扎赉诺尔矿务局进行了现场演示，基本上解决了一般条件下巷道支护问题，但复合顶板、松软破碎煤层巷道锚杆支护技术在国内外的研究成果和应用实例还很少，尚处于研究阶段。扎赉诺尔煤业有限责任公司铁北煤矿2001-2002年与湖北新南方技术股份有限公司开采所共同研究综采放顶煤开采条件下高压力松软破碎煤层巷道锚杆支护技术取得了显著成效，创造了很好的经济效益，并在扎赉诺尔煤业有限责任公司所有矿井中推广应用。
铁北煤矿是一座年产300万t全国特级高产高效矿井，2010年生产原煤220万t。铁北煤矿开采平均厚度51.51m、倾角45°的急倾斜特厚易燃煤层，普氏系数f=1-3，埋藏深度465~514m，顶板岩性为炭质泥岩和粉砂岩，赋存不稳定，直接顶为砂岩或粉砂岩，老顶为粉砂岩及细砂岩；底板为泥质胶结中的中、粗砂岩，常具有似鲕状结构。采用水平分段综采放顶煤开采，开切眼和工作面巷道易底鼓、易片帮、易冒顶，支护难度大。
1.巷道、开切眼支护及变形原因分析
1.1支护形式及支护状况
矿井采用水平分段综采放顶煤开采，分段高度13m，工作面巷道均为梯形断面的全煤巷道，运输巷上宽2.8m，下宽3.8m，高2.5m，净断面积8.25m2，回风巷上宽2.4m，下宽3.4m，高2.5m，净断面积7.25m2，开切眼上宽2.4m，下宽3.4m，高2.5m，净断面积7.25m2，长度245-249m，煤层上部为采空区。采用木棚和11#工字钢梯形支架配合圆钢普通锚杆支护，易片帮冒顶，维护量大，维护费用高，巷道发火频繁，顶底板最大移近量1200mm，两帮最大移近量980mm；开切眼断面积小，综采设备安装困难。回采期间工作面两出口片帮严重，巷道起底高度达1.5m以上，严重影响矿井生产安全。
1.2巷道变形原因分析
⑴矿井开采深度大，矿山压力大。
⑵木棚和“工”字钢支架配合普通圆钢锚杆支护强度小，支架与锚杆不同时受力，锚杆初锚力大，木架初撑力小，锚杆受力损坏，木棚受力增大，各个击破，不能有效的支护巷道。
⑶井田走向长度小，2个分段同时采掘生产，采动影响大。
⑷煤层松软破碎，伪顶、伪底泥岩多，遇水膨胀，易底鼓，围岩支撑力小。
2.井下试验情况
高轻度锚杆支护技术研究试验分为巷道和开切眼支护试验两部分，一部分在408、409工作面回风巷道试验，另一部分在501、502综采工作面开切眼支护试验。累计试验支护工作面巷道1258m，两个宽度6.2m、高2.5m、净断面积15.5m2，共计长度292m的大断面开切眼，试验总长度1350m；顶、底板最大移近量52mm，两帮最大移近量68mm，断面收敛仅为8.9%。现已支护掘进巷道30000m，支护安装了8个大断面开切眼，均未出现支护问题。
3.锚杆支护主要参数及材料
3.1工作面回风巷道
3.1.1顶板支护
采用长度2200mm、直径20mm的左旋无纵筋高强度螺纹钢支护，杆尾螺纹M22，采用一支K2335、一支Z2360树脂锚固剂加长锚固，锚固长度950mm，钻孔直径28mm；每排4根锚杆，排距750mm，间距750mm，靠近煤壁一侧的锚杆安装角度与垂线成30°，靠近顶板一侧的锚杆安装角度与垂线成45°，其他锚杆垂直顶板布置，并配套220-3-2400-4-750型W钢带和12号铁丝编织的菱形金属网护顶，钢带宽度220mm，厚度3mm，长度2400mm，4个孔眼，孔间距750mm。锚杆托板采用120（120拱形高强度托盘，长度7m、直径15.24mm、1×7股高强度低松弛预应力钢绞线锚索补强支护，一支K2335、两支Z2360锚固剂锚固，锚固长度1500mm，钻孔直径28mm，每隔两排打一根锚索，安装在顶板中部，锚索间距1500mm。
3.1.2巷帮支护
采用长度2200mm、直径20mm的左旋无纵筋高轻度螺纹钢支护，一支Z2360锚固剂锚固，锚固长度600mm，钻孔直径28mm；每排4根锚杆，排距750mm，间距750mm，上、下两帮角锚杆与水平线呈10°安装，其他锚杆垂直煤帮；12号铁丝编织的菱形金属网和采用直径14mm、宽度100mm、长度2400mm的SB-14-100-2400-4型钢筋托梁护帮，托梁长度2400mm，宽度100mm，4个锚杆眼孔，布置锚杆排、间距为7500mm。
3.2开切眼
开切眼断面较大，采用分段面两次掘进法。先掘进3.4m×2.5m的断面，再掘进2.8×2.5m的断面，两次掘进形成宽度6.2m、高度2.5m的大断面开切眼。
3.2.1第一次开掘断面支护
顶板支护：采用长度2200mm、直径22mm的高强度螺纹钢锚杆支护，一支K2335、一支Z2360树脂锚固剂锚固，钻孔直径28mm；每排4根锚杆，排、间距750mm，靠煤帮的锚杆与垂线成30°安装，其他锚杆垂直顶板布置，配套220-3-3200-5-750型W钢带和3200mm×850mm菱形金属网护顶，钢带宽度220mm，厚度3mm，长度3200mm，5个孔眼，孔间距750mm。每2排锚杆打1根锚索，锚索排距1.5m。锚杆托板、锚索型号及锚固方法与巷道的相同。巷帮支护：待扩巷帮（采煤机侧巷帮）采用直径18mm、长度1800mm的可切割玻璃钢锚杆支护，其他支护与巷道巷帮支护相同。
3.2.2第二次开掘断面支护
顶板支护：采用长度2200mm、直径22mm高强度锚杆支护，一支K2335、一支Z2360树脂锚固剂锚固，钻孔直径28mm；每排4根锚杆，排、间距750mm，靠煤帮的锚杆与垂线成30°安装，其他锚杆垂直顶板布置；配套220-3-2450-4-750型W钢带和12号铁丝编织的2800mm×850mm菱形金属网护顶，钢带宽度220mm，厚度3mm，长度3200mm，4个孔眼，孔间距750mm，每排安装4根锚杆、1根锚索，锚索交错布置，1根安装在顶板靠近煤帮一侧，另一根安装在顶板中部，两排锚索水平间距1600mm。巷帮锚杆托板采用木托板配合拱形高强度托板，木托板规格为300mm×200mm×50mm；其他与第一次掘进支护相同，巷帮支护同每一次掘进的待扩帮支护相同。
4.施工工艺
顶板支护：掘进割煤→打掉危岩、出煤→铺金属网→托上钢筋托梁→临时支护→钻顶板中部锚杆孔→清孔→安装树脂药卷和锚杆→用锚杆机搅拌树脂药卷至规定时间→停止搅拌并等待1min→安装其他顶板锚杆。
两帮支护：高强度锚杆支护的一侧为钻孔→清孔→铺金属网→安装钢筋托梁→安装树脂药卷和锚杆→搅拌树脂药卷→等待1min→拧紧螺母→安装其他帮锚杆。玻璃钢锚杆支护的一侧为钻孔→清孔→安装树脂药卷和锚杆→搅拌树脂药卷→等待1min左右→拧紧螺母→安装替他帮锚杆。
锚索安装：钻孔→清孔→暗转树脂药卷和锚索→搅拌树脂药卷→等待1min→装托板和锚具→张拉锚索→切割多余部分。
5.锚杆支护与原有棚式支护及混合支护综合费用比较
5.1工作面巷道费用比较
从支护材料、工人工资、巷道维修费用、巷道防灭火费用、支护材料的运输及回收费用等5个方面综合比较如下表一所示，高强度锚杆支护巷道综合费用为1321.2元/m，木棚配合普通锚杆锚网密集支护巷道综合费用为1659元/m，工字钢梯形支架配合配合普通锚杆锚网支护巷道综合费用为1787.7元/m，高强度锚杆支护巷道综合费用分别比木棚、工字钢支架低337.8元和466.5元。年掘进煤巷12000m，可节余支护费用500多万元。
5.2开切眼支护综合比较
从支护材料费、综采设备安装费、安装工期等几个方面进行比较。高强度锚杆支护材料费11.67万元，施工及安装费9.12万元，采用木棚配合普通锚杆联合支护材料费7.05万元，施工及安装费8.9万元。采用高强度锚杆支护比木棚支护的支护材料费和施工及安装费用多4.84万元，但可提前4天投产，多产煤1.6万t，实现利润28.8万元，净增收入23.96万元。每年安装4个综采工作面可增收节支95.84万元。
6.总结
采用高强度锚杆配合菱形金属网、W钢带、树脂加长锚固支护高压力松软破碎煤层巷道和大断面开切眼，小直径预应力锚索补强支护，增大了巷道和开切眼支护强度，减少了巷道变形量，可防止巷道片帮冒顶，消除了煤巷自然发火，降低了综合费用，每年可创造直接经济效益430-650万元。该技术施工工艺简单、掘进功效高、劳动强度降低，有利于提高综放工作面单产水平，促进矿井安全高效生产，可创造良好的经济效益和社会效益，具有广阔的推广应用前景。
【参考文献】
［１］王国柱.采煤工艺.中国矿业出版社，1994.
［２］李白英,肖洪天.中国特殊开采技术新发展.现代采矿技术国际学术讨论会论文集，1988.
［３］煤矿矿井采矿设计手册.煤炭工业出版社，1984.
［４］王刚.煤矿地下开采.中国矿业大学出版社，1990.