掘進巷道頂板全排錨索支護工藝的研究與應用

徐月

摘 要：榆林陶家溝2號井巷道掘進過程中出現較為嚴重的片幫、炸頂現象，地應力釋放放十分嚴重，在常規的錨網支護情況下，巷道頂板出現大幅度下沉，因此為保證安全，采用了全排錨索支護工藝維護頂板。

關鍵詞：巷道頂板；全排錨索支護

一、工藝研究背景和意義

榆林陶家溝2號井開采4號煤層，平均厚13.5m，目前礦井開采深度已經達到500米，隨著釆深增大，地應力釋放也非常劇烈，在巷道掘進過程中出現較為嚴重的片幫、炸頂現象，地應力釋放十分嚴重，在常規的錨網支護情況下，往往在地應力釋放之后，巷道頂板出現大幅度下沉，為確保安全，不得已在后期采用聯合支護的方式進行頂板二次加固，費時、費力還增加了巷道的支護成本，并且給工作面回采期間工作面巷道支護造成極大的麻煩。因此合理的巷道支護方式是榆林陶家溝2號井亟待解決的一項重要問題。

二、礦井目前巷道支護情況

榆林陶家溝2號井現有的回采巷道支護方式主要是沿用過去巷道支護模式，頂錨桿為f20*2400mm的螺紋鋼鋼錨桿，幫錨桿為f20*1800mm的圓鋼錨桿，錨桿排距為0.8米，并且在打設錨桿的同時，補充錨索支護，錨索排距為3米，每排兩根錨索，間距為1.5米，錨索規格為f18.9*6300mm的鋼絞線。在這種支護情況下，根據現場觀察，巷道在進行以上錨網索支護后，出現以下主要問題：支護系統的剛度和強度低，出現了錨桿及鋼筋托梁等被拉斷、間斷、撕裂等現象；地應力釋放嚴重，礦壓顯現劇烈，巷道變形量大，巷道頂板在支護24小時內離層下沉量大，局部區域還出現頂板切頂現象，同時在掘進進尺過程中巷道片幫炸頂現象嚴重，前方預掘煤體在應力釋放嚴重的情況下需要體現打設大量的托錨才能勉強控制住頂板程中，威脅安全生產。為確保安全，又采用二次套棚支護，費工費時，工人的勞動強度大，增大了巷道的支護費用，但支護效果并不是十分明顯，巷道仍不能滿足生產要求。

三、工藝的研究與探討

要想提高巷道掘進率，保證巷道頂板穩定，就必須對現有的巷道支護形式進行改進，我礦擬采用頂板全排高強度大延伸率錨索支護技術來解決復雜困難條件下的巷道支護問題。其特有的支護材料強度高、預緊力大的優點，來控制復雜困難、強礦壓顯現巷道的大變形問題。

四、高強度支護理論及施工方案

我礦5243下順槽巷道開掘以后，地應力釋放非常劇烈，采用高強度錨桿支護按照設計的間排距施工，已不能滿足生產需求，工作面圍巖變化非常大，巷道成型極差，巷道頂板彎曲變形下沉30～40cm，巷道淺部離層較大，兩幫收斂嚴重，加之巷道底鼓，頻繁應付工作面的維護工作，工人的勞動強度非常大，以至于不能進行正常掘進施工。鑒于以上嚴重問題，我礦領導班子成員與相關科室進行研究討論，在工作面實驗高強度全排錨索一次性支護，維護工作面巷道頂板。高預應力強力一次支護理論的實質是，大幅度提高支護系統的初期支護剛度與強度，有效控制圍巖變形，保持圍巖的完整性，減小煤巖體強度的降低。

按照高強度錨索支護理論，在現場進行試驗，將原有巷道頂板采用Φ20mm*2.4m螺紋鋼錨桿改為Φ18.9mm*5.3m全排錨索支護，排距1米，間距0.75米，錨索預緊力250KN，幫錨桿采用Φ20mm*1.8圓鋼錨桿支護圍巖，通過觀測，巷道圍巖控制不理想，隨后采用Φ21.8mm*5.3m高強度高延伸率全排錨索支護，排距1米，間距0.75米，錨索預緊力由250KN加大到300KN；幫錨桿由原有的Φ20mm*1.8m圓鋼錨桿改為Φ20mm*2.2m圓鋼錨桿，預緊力由150 Nm加大到200 Nm；錨網梁由原有的Φ6 mm鋼筋增加為Φ12 mm鋼筋 。

五、工藝效果驗證

在今年5月采用高強度全排錨索支護以來，首先采用Φ18.9mm*5.3m的錨索支護巷道頂板，沒有達到理想的效果，后來采用Φ21.8mm*5.3m的錨索支護巷道頂板，巷道整體成型較好，在巷道施工過程中，通過巷道安裝的頂板離層儀及頂板位移量監測數據表面，巷道在支護后頂板離層下沉量在24小時內由原來的200mm減少到30mm到50mm，巷道趨于穩定，在局部構造帶下沉量超過100mm的地段，增設了單體支柱。在沒有使用高強度高延深率錨索之前，月最高進尺86.4米，試驗使用后，掘進進度每月遞增，最高月進尺達到255米，保證巷道的正常掘進，緩解了礦井接續緊張的被動局面。目前巷道已經全部施工完畢，其中前500米采用原有的巷道支護方式，在進行錨網支護后由于頂板離層量大，全部在后期進行了二次聯合支護，而后700米采用高強度全排錨索支護后，基本沒有進行二次聯合支護；該工藝在現場應用取得了成功。

六、經濟效益分析

巷道圍巖完整、穩定，沒有出現明顯的破壞，支護效果良好，不需要維修，更不需要進行架設工鋼棚等補強措施。為礦井的頂板安全管理提供了保障。采用高強度錨索支護技術，雖單價比螺紋鋼錨桿及普通錨桿高，但是減少了巷道二次聯合支護的費用，同時降低了工人的勞動強度，對于輔助運輸等成本也相應地減小。就目前榆林陶家溝2號井現狀，使用此工藝顯著提高了掘進速度，有效控制圍巖的變形，提高了巷道支護的可靠性，從而大大降低了片幫冒頂事故發生的可能性，也大大減小了掘進工作面炸頂、炸幫等礦壓顯現現象，改善工人作業環境的安全性，能緩解采掘銜接問題，有利于礦井實現高產高效。

參考文獻：

[1] 邢福康.煤礦支護手冊[M].北京：煤炭工業出版社，1993

[2] 高延法等.礦山巖體力學[M].徐州：中國礦業大學出版社，2000