復合頂板巷道架棚支護向錨網索支護轉換應用實踐

摘 要：針對具體的現場條件及支護難點對支護方式進行革新，設計了新型錨網索支護方案，并在工程實踐中成功應用，取得了良好的圍巖控制及巷道支護效果，具有較為顯著的技術及經濟效益。

關鍵詞：復合頂板；工字鋼架棚；錨網索支護；支護革新

針對5103工作面區段平巷的頂板支護展開研究，對原5101工作面區段平巷常規使用的工字鋼架棚支護工藝進行革新，創新設計應用新型錨網索支護工藝，以達到對復合頂板的有效支護，確保安全快速掘進。

1 工程概況

5103工作面主采5#煤層，回采區域內煤層埋深平均近300m，煤層厚度2.8～6.2m，平均為4.8m，煤層傾角2～13°，平均為7°，煤質較松軟，取煤樣測得的單軸抗壓強度為2～10MPa。煤層直接頂為泥巖，厚度變化范圍較大，介于0.7～17.3m之間，局部區域有炭質泥巖偽頂，厚度一般在0.5m以內，直接頂內部含1～2層煤泥夾層；煤層老頂為細粒砂巖，厚度2.8～4.0m，硬度較大；煤層直接底為黑色泥巖，厚度1.2～4.5m，為典型的復合頂板。在5101工作面掘進過程中，區段巷道使用工字鋼梯形架棚支護，屬于被動支護方式。

2 支護難點分析及架棚支護困境分析

經過現場調研及總結5101工作面掘進支護經驗預測，在5103工作面區段平巷掘進過程中將面臨的支護難點及架棚支護的缺陷主要包括：

2.1 復合頂板難支護的客觀條件

礦山壓力顯現明顯，巷道開挖后受圍巖變形發展速率較快，需要及時、有效的初期支護及主動支護；復合直接頂內部巖層的物理力學性質差異較大，軟弱夾層及弱面較多，容易發生離層的風險點多，如支護不及時或支護效果差，容易發生復合離層，導致頂板下沉量增大，離合后的頂板破碎失穩。

2.2 工字鋼架棚支護對現場條件適應性差

工字鋼架棚支護屬于被動支護，不能及時給圍巖施加主動支護力，增阻速度慢且工作阻力小；工字鋼架棚支護的實際支護效果不理想，棚梁棚腿的接頂背幫困難，往往呈現點接實或局部接實，難以發揮設計的強度和承載能力；掘進后工字鋼棚梁及棚腿變形迅速積累，對頂板支護能力迅速減弱，造成頂板離層及變形加劇，還造成棚梁彎沉、扭轉等變形，巷道維護困難，于安全生產不利。

2.3 支護-圍巖系統難以形成有效的承載結構

巷道支護僅僅依靠外部支護承載整個圍巖的重量是不現實的，其關鍵在于依靠科學合理的外部支護，使支護-圍巖形成統一的承載結構，更大程度的依靠圍巖自身來承載上部巖層重量，否則盲目的提高支護強度或增加支護成本也很難實現圍巖的有效支護。因此，應根據具體條件，設計出支護-圍巖系統協同作用的支護方案。綜上分析，基于經過現場調研及總結5101工作面掘進支護實踐，工字鋼架棚支護對5103工作面區段平巷的掘進工作適應性差，應根據具體的地質生產條件設計新的支護方案。

3 支護對策及支護方案設計

3.1 支護對策分析

針對具體的現場條件及支護難點，認為支護的關鍵一是革新原有的被動架棚支護工藝，改用新型錨網索支護工藝，二是適當提高支護強度，提高頂板支護及護幫能力，三是重視圍巖整體結構的形成，減少對圍巖的擾動，重視對圍巖的加固，提高圍巖的自承載能力。

頂板及兩幫設計采用高強錨桿支護，對頂板進行錨固、加固，提高圍巖抗剪強度，阻止頂板間離層及層間錯動；頂板配合使用錨索支護，增大錨固深度，組合淺部軟弱圍巖與深部穩定巖層，通過錨固及懸吊作用使圍巖整體性增強，提高自穩能力及承載能力；并充分借助金屬網、鋼筋梯子梁、錨桿托盤等，加強錨固力施加，提高錨固強度，提高圍巖整體性，防止圍巖破碎漏冒。

3.2 支護方案說明

綜上，設計巷道掘進采用矩形斷面，采用高強度錨桿一金屬網一鋼筋梯子梁一小孔徑預應力錨索的聯合支護方案，支護方案及參數說明：頂錨桿使用左旋高強螺紋鋼錨桿，規格Φ20×2200mm，每根使用CK2340、Z2388共2支樹脂錨固劑，錨固長度1300mm，預緊力不低于180kN，間排距850×850mm；幫錨桿使用左旋高強螺紋鋼錨桿，規格Φ18×1800mm，每根使用2支CK2340樹脂錨固劑，錨固長度1000mm，預緊力矩不低于180N·m，間排距900×850mm；頂板配合高強度預應力鋼絞線錨索，規格Φ17.8×6000mm，每根錨索使用樹脂加長錨固劑CK2340（1支）、Z2388（2支），錨固長度2000mm，預緊力不低于200kN，間排距2400×2550mm；使用好金屬網、鋼筋梯子梁、錨桿托盤等，加強錨固力施加，提高錨固強度。

4 結語

傳統的工字鋼架棚支護存在被動支護、頂板離層、圍巖變形、棚梁變形、支護失效等缺陷，對復合頂板的適應性差，支護效果不佳。針對具體的現場條件及支護難點，認為支護的關鍵是革新原有的被動架棚支護工藝，改用新型錨網索支護工藝，并設計了具體的錨網索支護方案，通過現場工程實踐驗證，新設計的錨網索支護方案取得了良好的圍巖控制及巷道支護效果，在5103工作面區段平巷的掘進及支護中取得了成功及推廣應用，具有較為顯著的技術及經濟效益。

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作者簡介：

鮑永強（1983- ），男，山西應縣人，工程師，長期從事煤礦管理方面工作。