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[摘 要]针对兴山煤矿南二石门22号层破碎顶板的煤层条件，通过采用锚网索支护为主体的综合支护方案，有效地控制了回采巷道的围岩变形和破坏，保证了正常生产和安全。研究表明对于顶板破碎回采巷道，在条件适宜、措施得当、保证质量的前提下。锚网索联合支护仍不失为巷道有效支护形式，可以取得明显的经济效益。
[关键词]煤矿回采；破碎顶板；稳定性；锚网索；边界断层；煤巷
中图分类号：H820 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）19-0257-01
前言
兴山煤矿对三水平南二石门22层采用放顶煤工艺回采，掘进入风巷和回风巷及切眼全部沿煤层底板施工，由于22号煤层煤质松软，采深最深达到600米，矿压显现十分剧烈。原普遍沿煤层底板施工采用铁棚支护，表现为巷道顶板下沉，支架折损，投资大，回收困难。通过采用锚网索支护，使支护方式由被动支护变为主动支护，减少了巷道复修，安全得到了保证，取得了可观的经济效益。
1、问题的提出
兴山煤矿三水平南二石门22号层受边界断层F322和F47断层影响，煤层全区发育，厚度为7.5米～9.5米，平均8.0米，倾角为18度，直接顶为煤。回采巷沿煤层底板掘送，该面自投产以来底板巷道支护困难，具体表现为以下几个方面。
①围岩活动剧烈。该煤层回采巷为梯形断面，沿煤层底板掘进过程中，巷道顶板完整性差，顶板冒落事故时有发生，围岩变形量大，顶板下沉以至折裂，两帮片帮严重。在工作面附近受采动影响的巷道段，其围岩活动愈趋剧烈，顶板未冒落处巷道断面缩近量大，致使巷道难以满足通风、行人、运输的要求。同时出现较大的顶板离层及贯穿整条巷道中线的顶板裂隙，以及较多的游离岩块。
②巷道支架折损严重。巷道支护采用矿用工字钢梁的铁棚支护。巷道支架架设以后，随着围岩活动的加剧，出现不同程度的支柱压折、压裂、工字钢梁弯曲变形，巷道还未用于回采时即需要重新架设棚子。该回风巷服务于整个采面直至该面回采结束为止，最多需加套3次棚子。
③影响回采工作面的正常生产。由于上述二点原因，回风巷冒顶及巷道支架套修，造成工作面间歇停产，巷道断面大幅度收缩，无法行人，影响回风。2、 22号煤层底板回风巷道的矿压显现分析
通过现场矿压观测统计分析，结合理论方法，分析22号煤层回风巷在支护改革前的状况及其原因，对选择合理的支护形式和岩层控制措施是很有必要的。
22号煤层回风巷采用梯形支架加刹杆背板的支护方式，梯形支架由矿用工字钢梁构成，为使支架上钢梁与顶板接实，在钢梁与顶板间充以杂木刹杆，如
该煤层回风巷道围岩活动如此剧烈，既有围岩自身的因素，也与不合理的被动支护方式有关。
2、回风巷道围岩和支护作用关系分析
原支护方案采用的是矿用工字钢梁加铁腿的棚式支护，支架与顶板及两帮的空隙间充以杂木或圆木刹杆。该种支护方式属于初期柔性，即而刚性的支护方式。在支护几乎未起作用的一段时间里，顶板岩层已经产生较大的变形，甚至离层和断裂，围岩的完整性和整体强度大大降低。随着围岩的变形和破坏的发展，支架对围岩产生以木支柱为主的近视刚性的被动支撑作用，而此时，由于顶板岩层已发生离层及局部破坏，造成部分支架失效而使顶板压力转移，支设在较完整顶板下的支架，既要承受由于刚性特性而产生的较大的载荷，又要承受失效支架转移的部分载荷，势必造成逐个被击破的不利情况，巷道中的表现即为顶梁弯曲变形、铁腿弯曲变形，顶板过度变形破坏。
综上所述，对于这种典型的破碎顶板，应用现代的支护理论和成果，采用有效的支护手段，提高顶板的刚度和强度，有效地控制顶板及两帮煤体的早期变形是解决该煤层支护问题的技术关键和唯一有效途径。
3、支护形式选择
对该煤层巷道围岩活动规律的分析表明，及时加强巷道直接顶板的整体稳定性，防止分层层间离层是解决该煤层巷道支护问题的关键。选择锚网索联合支护形式在技术经济上是合理的根据回采巷道支护原则，确定在该煤层采用如下支护形式：
⑴巷道顶板采用端头锚固的预应力金属锚杆、钢带托盘、铁柄、金属网、锚索、U型钢梁支护。
支护参数：
锚杆：采用Φ20cmΧ2.5m的高强度锚杆，锚杆间距0.75m，拉拨力不小于80KN。
锚索：采用Φ17.8cmΧ10.0m钢绞线，每米三根，与“一梁三索”U形钢托梁联合支护。锚索的第一次预紧力不得小于60 KN，锚索安装好1h后再进行第二次预紧，预力不得小于80KN。
锚固剂：每根锚杆采用Z2350樹脂药卷2卷，每根锚索采用Z2350树脂药卷3卷。
金属网：选用钢网，长2000 mm、宽1000 mm。
U型钢梁：0.5米长矿用U型钢。
⑵帮部支护参数
锚杆：采用采用Φ20cmΧ2.5m的高强度锚杆，上帮锚杆间排距为800Χ800mm，下帮锚杆间排距700Χ800mm，拉拨力不小于60 KN。
锚固剂：每根锚杆采用Z2350树脂药卷2卷。
金属网：选用钢网，长2000 mm、宽1000 mm。
⑶回采工作面前方受采动影响范围内，回风巷道受动压影响时，采用间隔1.0米，打木柱“带帽”顶子作为加强支护及观察顶板下沉的显现标志。
4、工艺流程
巷道掘进→临时支护→铺钢网→打顶板锚杆眼→安装药卷和锚杆→搅拌上托盘（锚杆预紧同时完成）→按设计间、排距打锚索眼→清孔→送药卷→搅拌→上U型钢梁索具→做预紧力→打帮部锚杆、挂钢网
5、矿压观测
锚网索支护后，立即开展监测监控。巷道顶板离层监测采用顶板离层指示仪，每50米安置1个，浅基点深度为4.0米，深基点深度为8.0米，巷道表面位移观测包括顶板下沉量与两帮位移观测，测站紧跟掘进工作面设置，每测站3个剖面；在前10d每天观测1次，以后每星期观测2次，经过观测收集数据如下：
5.1 巷道围岩表面位移
顶板下沉量均为7cm，两帮移近量平均为8.8cm。掘巷初期，顶板会持续下沉，前8d较大，变形速度为5～7mm/d，28d后顶板进入稳定期；两帮变形前10d较大，平均变形速度9.2mm/d，约30d趋于稳定。
5.2 锚杆锚固区内、外的顶板离层
锚固段以内离层值平均为18 mm，锚固段以外平均为11mm。
6、结果分析
采用锚网索联合支护方式，一定程度上控制了围岩变形，减少了围岩变形幅度，从观测结果看，围岩位移量变化较小，基本保持原有断面和形状。同时，由于支护方案减轻了施工人员的劳动强度，改善了作业环境，节省了大量的人力、物力，提高了掘进速度。
锚网索联合支护技术，适合破碎顶板煤层回采巷道，其支护效果经受了工作面回采验证，拓宽了煤巷锚网索支护的应用范围。锚网索支护费用低，支护安全可靠，掘进进尺高，降低工人劳动强度，减少巷道维修工程量，进一步改善了煤巷支护状况，提高了矿井经济效益，值得大面积推广应用。
[关键词]煤矿回采；破碎顶板；稳定性；锚网索；边界断层；煤巷
中图分类号：H820 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）19-0257-01
前言
兴山煤矿对三水平南二石门22层采用放顶煤工艺回采，掘进入风巷和回风巷及切眼全部沿煤层底板施工，由于22号煤层煤质松软，采深最深达到600米，矿压显现十分剧烈。原普遍沿煤层底板施工采用铁棚支护，表现为巷道顶板下沉，支架折损，投资大，回收困难。通过采用锚网索支护，使支护方式由被动支护变为主动支护，减少了巷道复修，安全得到了保证，取得了可观的经济效益。
1、问题的提出
兴山煤矿三水平南二石门22号层受边界断层F322和F47断层影响，煤层全区发育，厚度为7.5米～9.5米，平均8.0米，倾角为18度，直接顶为煤。回采巷沿煤层底板掘送，该面自投产以来底板巷道支护困难，具体表现为以下几个方面。
①围岩活动剧烈。该煤层回采巷为梯形断面，沿煤层底板掘进过程中，巷道顶板完整性差，顶板冒落事故时有发生，围岩变形量大，顶板下沉以至折裂，两帮片帮严重。在工作面附近受采动影响的巷道段，其围岩活动愈趋剧烈，顶板未冒落处巷道断面缩近量大，致使巷道难以满足通风、行人、运输的要求。同时出现较大的顶板离层及贯穿整条巷道中线的顶板裂隙，以及较多的游离岩块。
②巷道支架折损严重。巷道支护采用矿用工字钢梁的铁棚支护。巷道支架架设以后，随着围岩活动的加剧，出现不同程度的支柱压折、压裂、工字钢梁弯曲变形，巷道还未用于回采时即需要重新架设棚子。该回风巷服务于整个采面直至该面回采结束为止，最多需加套3次棚子。
③影响回采工作面的正常生产。由于上述二点原因，回风巷冒顶及巷道支架套修，造成工作面间歇停产，巷道断面大幅度收缩，无法行人，影响回风。2、 22号煤层底板回风巷道的矿压显现分析
通过现场矿压观测统计分析，结合理论方法，分析22号煤层回风巷在支护改革前的状况及其原因，对选择合理的支护形式和岩层控制措施是很有必要的。
22号煤层回风巷采用梯形支架加刹杆背板的支护方式，梯形支架由矿用工字钢梁构成，为使支架上钢梁与顶板接实，在钢梁与顶板间充以杂木刹杆，如
该煤层回风巷道围岩活动如此剧烈，既有围岩自身的因素，也与不合理的被动支护方式有关。
2、回风巷道围岩和支护作用关系分析
原支护方案采用的是矿用工字钢梁加铁腿的棚式支护，支架与顶板及两帮的空隙间充以杂木或圆木刹杆。该种支护方式属于初期柔性，即而刚性的支护方式。在支护几乎未起作用的一段时间里，顶板岩层已经产生较大的变形，甚至离层和断裂，围岩的完整性和整体强度大大降低。随着围岩的变形和破坏的发展，支架对围岩产生以木支柱为主的近视刚性的被动支撑作用，而此时，由于顶板岩层已发生离层及局部破坏，造成部分支架失效而使顶板压力转移，支设在较完整顶板下的支架，既要承受由于刚性特性而产生的较大的载荷，又要承受失效支架转移的部分载荷，势必造成逐个被击破的不利情况，巷道中的表现即为顶梁弯曲变形、铁腿弯曲变形，顶板过度变形破坏。
综上所述，对于这种典型的破碎顶板，应用现代的支护理论和成果，采用有效的支护手段，提高顶板的刚度和强度，有效地控制顶板及两帮煤体的早期变形是解决该煤层支护问题的技术关键和唯一有效途径。
3、支护形式选择
对该煤层巷道围岩活动规律的分析表明，及时加强巷道直接顶板的整体稳定性，防止分层层间离层是解决该煤层巷道支护问题的关键。选择锚网索联合支护形式在技术经济上是合理的根据回采巷道支护原则，确定在该煤层采用如下支护形式：
⑴巷道顶板采用端头锚固的预应力金属锚杆、钢带托盘、铁柄、金属网、锚索、U型钢梁支护。
支护参数：
锚杆：采用Φ20cmΧ2.5m的高强度锚杆，锚杆间距0.75m，拉拨力不小于80KN。
锚索：采用Φ17.8cmΧ10.0m钢绞线，每米三根，与“一梁三索”U形钢托梁联合支护。锚索的第一次预紧力不得小于60 KN，锚索安装好1h后再进行第二次预紧，预力不得小于80KN。
锚固剂：每根锚杆采用Z2350樹脂药卷2卷，每根锚索采用Z2350树脂药卷3卷。
金属网：选用钢网，长2000 mm、宽1000 mm。
U型钢梁：0.5米长矿用U型钢。
⑵帮部支护参数
锚杆：采用采用Φ20cmΧ2.5m的高强度锚杆，上帮锚杆间排距为800Χ800mm，下帮锚杆间排距700Χ800mm，拉拨力不小于60 KN。
锚固剂：每根锚杆采用Z2350树脂药卷2卷。
金属网：选用钢网，长2000 mm、宽1000 mm。
⑶回采工作面前方受采动影响范围内，回风巷道受动压影响时，采用间隔1.0米，打木柱“带帽”顶子作为加强支护及观察顶板下沉的显现标志。
4、工艺流程
巷道掘进→临时支护→铺钢网→打顶板锚杆眼→安装药卷和锚杆→搅拌上托盘（锚杆预紧同时完成）→按设计间、排距打锚索眼→清孔→送药卷→搅拌→上U型钢梁索具→做预紧力→打帮部锚杆、挂钢网
5、矿压观测
锚网索支护后，立即开展监测监控。巷道顶板离层监测采用顶板离层指示仪，每50米安置1个，浅基点深度为4.0米，深基点深度为8.0米，巷道表面位移观测包括顶板下沉量与两帮位移观测，测站紧跟掘进工作面设置，每测站3个剖面；在前10d每天观测1次，以后每星期观测2次，经过观测收集数据如下：
5.1 巷道围岩表面位移
顶板下沉量均为7cm，两帮移近量平均为8.8cm。掘巷初期，顶板会持续下沉，前8d较大，变形速度为5～7mm/d，28d后顶板进入稳定期；两帮变形前10d较大，平均变形速度9.2mm/d，约30d趋于稳定。
5.2 锚杆锚固区内、外的顶板离层
锚固段以内离层值平均为18 mm，锚固段以外平均为11mm。
6、结果分析
采用锚网索联合支护方式，一定程度上控制了围岩变形，减少了围岩变形幅度，从观测结果看，围岩位移量变化较小，基本保持原有断面和形状。同时，由于支护方案减轻了施工人员的劳动强度，改善了作业环境，节省了大量的人力、物力，提高了掘进速度。
锚网索联合支护技术，适合破碎顶板煤层回采巷道，其支护效果经受了工作面回采验证，拓宽了煤巷锚网索支护的应用范围。锚网索支护费用低，支护安全可靠，掘进进尺高，降低工人劳动强度，减少巷道维修工程量，进一步改善了煤巷支护状况，提高了矿井经济效益，值得大面积推广应用。