石炭二迭纪5#煤层顶板支护技术的研究与应用

薛  厚

 (山西同煤集团挖金湾煤业公司 ,山西 , 大同,  037042)

摘要：由于侏罗纪煤系现资源枯竭，需接替石炭二迭纪煤系，为此针对石炭二迭纪煤系顶板控制及支护问题，对挖金湾煤业公司虎龙沟煤矿石炭二迭纪5号煤层顶板进行支护技术改进。实践证明，支护效果良好，对成功开采石炭二迭纪煤系积累了宝贵的经验。

关键词：石炭二迭纪；5号煤层；支护技术；

1   概  况

挖金湾煤业公司虎龙沟煤矿现在施工的主要开拓准备巷道位于石炭二迭纪5^#煤层中。本区5^#煤层厚度在30.23-32.56m之间，平均煤厚为31.40m，煤层结构复杂，在煤层中有火成岩顺层侵入现象，造成大面积火成岩床，在岩床的上下，形成厚度不均的变质带，由于火成岩的侵入，对煤层的破坏比较严重。根据现场实际揭露该区域5^#煤层未变质的煤层厚度约为7m，且5^#煤层的特点是下部煤层较硬，上部煤层软，顶板管理非常困难，需要针对这一情况进行支护技术研究。

2   原支护技术及存在问题

    在开始阶段，采用锚杆支护。具体支护采用 锚杆类型：Q335 滚丝锚杆，锚杆长度：2200mm ，锚杆直径：18mm， 屈服吨位：87kN，抗拉强度：126kN。由于锚杆支护存在不安全因素经常发生漏顶事故，经工程技术人员研究决定在全煤巷道采用全锚索支护。巷道顶板支护锚索参数如下：锚索直径： 15.24mm，锚索长度：5000mm和12000mm，间 排 距： 1000×1000mm。然而，由于煤层软，原有的支护方式存在如下问题：

    1）煤层软，尽管采用了起底掘进使得顶板在相对硬的煤层中，但由于表面支护和超前支护不合理，造成支护前和支护过程中经常产生漏顶现象，给支护施工带来很大困难；在漏顶严重时，不得不采取架棚子措施。

    2）尽管使用支护强度较大的全锚索支护，然而原使用的锚索的锚固力很难达到锚索的最大抗拉吨位。其主要原因是：煤层软，“三径”匹配不尽合理，钢绞线表面表面光滑等。

    3）巷道掘进速度慢。由于巷道顶板采用全锚索支护，且是起底矸掘进，巷道掘进速度慢，巷道掘进和支护效率低；同时，巷道煤层顶板在打锚索的过程中还是易出现顶板离层漏顶的现象，巷道成形也不理想。

    4）机组负荷大。由于巷道起底掘进，机组需要割2m左右的底板岩石，机组的负荷加大，截齿消耗量剧增。

    5）空顶时间和支护滞后时间长。由于采用全锚索支护，且锚索搅拌结束后无法及时涨拉，易造成巷道顶板空顶时间过长而产生离层，非常不利于保证巷道的支护效果，削弱了锚网支护及时支护和主动支护的理念。

    6）大巷起底掘进对以后的采煤工作影响不大，对于综放工作面的回采巷道掘进时，若仍采用起底掘进，将使采煤工作面的回采工作难以正常进行，降低了采煤工作面的回采工作效率，影响了矿井的正常生产。

   7）工作面巷道沿底掘进时，顶板将处于软煤中，软煤所带来的问题将进一步突出。故采煤工作面顺槽掘进时下列问题必须解决：

3  改进后支护方式

3．1、锚索

   1）锚索长度。为了保证锚索能锚固到顶板稳定围岩中，同时根据井下的实际资料确定，锚索的长度选择为8m。

   2）锚索安装应力。锚索的安装应力不低于100kN。

   3）锚索几何尺寸及技术参数。锚索直径：15.24mm，屈服强度大于1860MPa，抗拉载荷大于360kN。配件为索具、球垫圈、加强管、鸟窝等；托盘：300×300×10mm 高强托盘，托盘强度大于300kN。

   4）锚索布置。锚索采用“五花”布置，锚索排距为1m。

   5）锚固剂。每套锚索采用3支K2350的快速树脂药卷。

   为了解决软岩条件下锚索的锚固力不足的问题，选用快装高预应力“鸟窝”锚索，其结构如图1。索头保护套用于防止锚索索头在运输及安装过程中散股。一旦散股，会给锚索安装带来很大不便。

3.2   锚杆

   1）锚杆长度设计。根据围岩松散破碎圈分析，锚杆的长度选为2200mm。

   2）锚杆安装应力。根据有限元分析，提高安装应力可以减小或消除顶板中的拉应力区，可以消除顶板岩层的离层，从而取得最佳梁的

图1      快装高预应力“鸟窝”锚索

效果。锚杆安装应力最小应保证3t，锚杆的安装扭矩不低于150N.m。

   3）锚杆材料。Q500 螺纹钢，屈服强度大于500Mpa。

   4)锚杆几何尺寸及技术参数。直  径： 18mm，屈服强度理论值120kN，实测值大于140kN,抗拉强度理论值150kN，实测值大于170kN，延伸率：理论值15%，实测大于20%。

   5）配件。螺母为阻尼螺母；倾斜锚杆加球垫圈，150×150×8mm 高强托盘，托盘强度大于180kN。

   6）锚固剂。每套锚杆采用两支CK2335的超快速树脂药卷。

锚杆实物图如图2。

图2      锚杆实物图

3.3  改进后支护方式的优点

  1）提高了巷道掘进速度，单进由原来的每天3米提高到每天7米；

  2）降低了巷道综合支护成本，综合成本由原来的每米5000元降低到每米3000元；

  3）缩短了临时支护时间，提高了临时支护的效果，实现了锚杆支护的核心理念（主动支护、及时支护），为实现巷道完全沿底板掘进提供了保障。

  4）降低了工人的劳动强度，改善了迎头作业环境。

4   结  语

    通过对石炭二迭纪5#煤层顶板支护技术的研究与应用得出，    由于5#煤层煤质松软，顶板难以控制，极易发生漏顶事故。所以我们采取以上方法来进行5#煤层顶板支护，不但能够顺利掘进，还加快了掘进速度，降低了支护成本，减轻了工作人员的劳动强度。