掘進巷道復合頂板支護方法探討

萬曉亮

摘要：根據石溝驛煤業分公司6#層煤賦存條件， 結合錨桿、錨索支護機理進行理論分析， 合理選擇掘進工作面巷道復合頂板支護方式和支護參數； 分析了復合頂板支護效果差的原因及頂板管理注意事項。

Abstract： According to the occurrence conditions of 6# coal in Shigouyi Coal Mine Branch， the theoretical analysis on the supporting mechanism of anchor and cable is carried out to reasonably select the supporting ways and parameters of the compound roof in the drifting face. The reasons for the poor support effect of composite roof and the matters needing attention of roof management are analyzed.

關鍵詞：錨桿支護；復合頂板；掘進巷道

Key words：suspension roof support；compound roof；drifting tunnel

中圖分類號：U455.7+1 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2017）12-0107-02

0 引言

石溝驛煤業分公司開采煤層賦存條件差，煤層頂底板多為泥質砂巖，遇水易變軟、易脫層，掘進巷道后期易出現頂板下沉、巷道底鼓等現象，為提高巷道支護質量，減少巷道后期維護，采用優化錨桿支護參數，根據不同的巷道性質、斷面大小、質地條件等進行科學計算。通過優化支護參數，改善支護效果、降低支護成本、加快成巷速度、減輕勞動強度等方面的優越性十分突出。只有正確地設計和應用錨桿支護，加深對錨桿的支護機理認識，以完善的錨桿支護理論作為指導，才能使技術在現場管理中更好地服務于井巷施工。

1 礦井生產概況

6#煤層為石溝驛煤業分公司主采煤層，厚度為1.1-2.7m，平均厚度1.9m，煤層傾角5°-15°，煤層硬度系數為2-3。直接頂平均厚度2.6m，由下向上為：煤矸互層，0.1-0.5m，層狀結構，硬度小，易脫層。五煤，0.8-1.4m，節理發育，層理明顯，硬度較小。泥巖，0.3-0.5m，硬度小，層狀結構，遇水易變軟，易脫層；細粒砂巖，0.5-0.7m，塊狀結構，泥質膠結，硬度小，遇水易變軟；泥巖，0.1-1.0m，灰白色，硬度小，層狀結構，遇水易變軟，易脫層；老頂為2.4-2.6m 粉砂巖，直接底板為0.4-1.2m泥巖。整體煤層層位分明，由不同巖性巖層組成，巖層與巖層之間有分離面，夾有煤線或有薄煤層軟弱巖層，易生產下沉位移，易斷裂、冒落，是典型的復合頂板。

2 巷道頂板支護設計

根據巷道頂板巖層分布情況，按照懸吊理論計算錨桿參數。

①錨桿長度計算公式為：L=KH+L1+L2

式中：L——錨桿長度，m；

H——軟弱巖層厚度或冒落拱高度，m；

K——安全系數，一般取K=2；

L1——錨桿錨入穩定巖層的深度，一般可按經驗取0.4m；

L2——錨桿在巷道中的外露長度。依據錨桿規格，取0.1m。

L=2×H+0.4+0.1

軟弱巖層厚度是根據地質資料、實測或經驗估計；冒落拱高度是按下式估算，即：

H=■

式中：B——巷道開挖寬度，m；f——巖石堅固性系數。

以010611回順掘進工作面為例：

H=4.95÷2÷3=0.825m

則L=2.0×0.825+0.5+0.1=2.25m

所以010611回順掘進工作面現使用的2500mm長左旋無縱筋螺紋鋼錨桿可以滿足錨桿支護的要求。

②錨桿的間距、排距計算。

根據施工工藝要求，巷道掘進循環進度為1.8m/循環，故錨桿排距為900mm。

錨桿間距為：

a=■

式中：a——錨桿的間距，m；Q——錨桿的設計錨固力，根據質量標準化要求，取50kN；γ——被懸吊巖石的重力密度，kN/m3，取25kN/m3。

則a=1.1m，取錨桿間距為800mm，故該巷道錨桿布置間、排距為800×900mm。

為確提升頂板管理的安全系數，在頂板除了布設螺紋鋼錨桿、鋼筋網、鋼帶支護外，頂板還按照2400×1800mm間排距打設錨索鋼，錨索為Ф21.6mm鋼絞線加工，加工長度：7000mm，錨索托盤采用10mm厚鋼板加工，規格300×300×12mm，中部鉆孔Ф26mm，錨索鋼為11#礦工鋼，長2200mm，每根錨索鋼開兩孔，孔徑Φ26mm，孔中心到兩頭各200mm，孔間距為1800mm。

3 影響支護效果分析

3.1 錨桿支護角度

錨桿安裝角度不合格就不能有效錨固煤巖層理，當巷道頂板受壓出現下沉時，而且錨桿易受剪切作用，從而降低了支護效果，減小了支護強度。

3.2 錨固劑使用規范性

一般情況下一只樹脂錨固劑是一個固化速度，當作業現場進行加長或全長錨固時，需要不同固化時間的錨固劑搭配使用，因為多節錨固劑施工過程中，攪拌過程中先攪拌的錨固劑會先凝固，繼續攪拌的話會破壞這段錨固的效果，而不攪拌的話最里面的錨固劑還沒有被攪拌到，沒攪拌的錨固劑就不能成為有效的錨固段，很長的一段的錨固劑就相當于沒有使用到。而快慢搭配則解決了這一問題，一般速度較慢的在外，速度較快的在內，以保證施工過程中，讓所有的錨固劑大概在同一時間凝固，發揮錨固效果。

3.3 作業現場作業人員操作水平

支護設計是頂板管理安全性的基礎，作業現場施工工程質量是頂板管理安全性的根基，可見作業人員操作規范性直接決定著頂板管理安全系數。根據現場經驗員工操作行為主要影響包括以下幾個方面：

①錨桿孔內煤巖粉沒有沖干凈，直接影響樹脂的凝固效果進而影響樹脂同錨桿孔壁的膠結，造成錨固力、抗拔力不夠。

②錨桿施工角度沒有垂直斷面輪廓線，當頂板來壓，頂板出現下沉、位移時，錨桿額外承受鉛錘方向的剪切力，是造成錨桿斷頭的主要原因。

③錨固劑填充數量及攪拌、等待時間不符合要求，直接影響錨固劑的錨固效果，這是后期出現漏頂、冒頂事故的直接原因。

4 特殊區域的頂板管理

根據石溝驛煤礦掘進巷道施工的特點，以下特殊區域需要進行重點頂板管理：

4.1 巷道開口大斷面及巷內各硐室區域

為滿足掘進施工正常供電、運輸，巷內需要施工移變硐室、膠帶輸送機搭接硐室及調車場，該區域頂板跨度會變大，同時該礦巷內采用連續牽引絞車配合礦車進行支護材料、設備運輸，在掘進巷道開口位置都會設計、施工連續牽引絞車硐室，風巷硐室寬度一般為5.0m，機巷硐室寬度達到6.8m，該區域的頂板跨度大，容易出現頂板離層、下沉情況，針對該區域采取措施為施工過程中加打錨索托梁配合錨網噴進行主動支護，同時架設一梁二柱進行加強支護，控制頂板下沉。

4.2 地質構造帶區域

地質構造帶區域施工是掘進巷道施工的重中之重，首先是該區域穿層施工，頂板完整性差，其次是現場水多，我礦直接頂板還是遇水易變軟的泥巖、細粒砂巖，更造成頂板管理安全系數低，最后是該區域頂板容易下沉，造成巷道高度不夠，進行巷道維修概率高。針對該區域采取措施有以下幾項：

①施工過程中短掘短支，縮小控頂距，減少施工過程中發生漏頂事故的概率。

②頂板支護加設錨索梁，提高支護質量，經濟條件允許情況下進行噴漿效果最好。

③斷層面揭露之后，根據斷層傾向對錨桿、錨索支護角度進行適當調整，防止錨固點坐落在斷層面上，造成錨固劑凝結效果差，支護質量達不到要求。

④施工區域適當架設單體液壓支柱，控制頂板下沉。

4.3 巷道維修區域

針對出現頂板下沉嚴重、鋼筋網斷裂面積大的巷道，往往需要對該區域進行巷道維修，危險系數最大的是挑頂、擴幫維修模式，因為挑頂、擴幫是對原有支護的嚴重破壞，同時也是最容易出現漏頂、冒頂事故，針對該區域的維修作業采取措施有以下幾項：

①挑頂作業前必須架設可靠的臨時支護，嚴禁空頂作業。

②施工過程中必須嚴格執行敲幫問頂制度，防止活矸活石墜落傷人。

③上、下山巷道進行維修施工時，人員必須站在維護區域上方進行作業，防止被掉落的矸石砸傷。

④施工過程中挑頂區域嚴禁其他人員通過，距挑頂處10m范圍內嚴禁其他人員靠近，挑頂位置的正下方嚴禁站人。

⑤挑頂施工堅持挑一架維護一架，嚴禁大面積挑頂，一次進度不能超過1m。

5 結論

對復合頂板采取錨網索聯合支護方式是特別有效的頂板管理方式，通過對010611回順掘進工作面進行觀測，頂板離層剝落區域明顯較之前掘進工作面減少，同時頂板下沉量明顯降低，不超過150mm范圍。

參考文獻：

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