錨索桁架支護在軟巖煤巷掘進中的應(yīng)用

史長軍

（同煤集團四老溝煤礦，山西 大同 037003）

1 概況

大同煤礦集團四老溝煤礦8106工作面頂抽巷位于主運大巷東北部，東部為8102工作面，北部、西部未開拓，上覆有該礦侏羅系4#、11#采空區(qū)。8106工作面頂抽巷設(shè)計長度為1388m，已由機掘一隊施工215m，剩余1173m。巷道設(shè)計斷面為寬×高=3.5×3.0m，巷道沿3～5#石炭系煤層掘進，無偽頂，直接頂主要以炭質(zhì)泥巖及煤混合層為主，平均厚度為4.5m，其中煤層厚度為0.8m；基本頂主要以粉砂巖為主，平均厚度為8.9m。

8106頂抽巷初步設(shè)計中，頂板采用錨桿、錨索、金屬網(wǎng)、鋼帶進行聯(lián)合支護，巷幫采用單錨桿支護。由于8106頂抽巷與上覆4#、11#層采空區(qū)層間距為11.2m，受采空區(qū)壓力影響，巷道在掘進時頂板壓力集中現(xiàn)象明顯，在前期掘進過程中頂板出現(xiàn)局部破碎及下沉現(xiàn)象，巷幫移近量加大，頂板最大下沉量達0.47m，巷幫最大移近量達0.56m。為保證巷道掘進安全，機掘一隊采用架設(shè)工字鋼棚及注漿進行加強支護，通過實際應(yīng)用發(fā)現(xiàn)，架棚后頂板下沉速度雖然得到有效控制，但隨著頂板裂隙延伸，頂板破碎范圍擴大，頂板仍繼續(xù)下沉。在支設(shè)完鋼棚及注漿15d后頂板下沉量達0.54m，巷幫移近量達0.68m，部分鋼棚頂梁出現(xiàn)彎曲、斷裂現(xiàn)象。

2 原支護方案效果不好的原因分析

（1）巷道掘進后頂板形成承載梁結(jié)構(gòu)，通過施工錨桿、錨索對承載梁進行加固，從而提高頂板穩(wěn)定性，而錨桿、錨索主要通過懸吊作用及組合梁加固作用對頂板加固，且錨固端應(yīng)位于頂板堅硬巖體內(nèi)。8106頂抽巷直接頂主要以炭質(zhì)泥巖、煤混合層為主，厚度為4.5m，受壓影響該區(qū)域巖體出現(xiàn)破碎現(xiàn)象形成松動圈，而巷道設(shè)計錨桿長度為2.5m，錨固端位于松動圈內(nèi)，無法對頂板承載梁結(jié)構(gòu)起到懸吊和組合梁加固作用，而錨索為點性支護結(jié)構(gòu)，無法對大范圍頂板起到支護作用。

（2）在應(yīng)力區(qū)巷道掘進時，巷幫與頂板存在錯動的水平剪切力，這是造成巷幫位移的主要原因，采用單一錨桿支護時只是對巷幫局部進行維護，無法消除巷幫水平應(yīng)力。

（3）應(yīng)力集中區(qū)巷道掘進時采用鋼棚、注漿等聯(lián)合支護，不僅施工工序繁瑣，還加大了勞動強度，而且支護費用高，支護效果差。根據(jù)8106頂抽巷前期支護現(xiàn)狀分析發(fā)現(xiàn)，巷道掘進量僅為3.2m/d，單米巷道支護成本費用達470元。

3 錨索桁架支護方案

3.1 頂板桁架原理

桁架支護主要是在巷道頂板或巷幫穩(wěn)定區(qū)施工傾角支護體，通過安裝桁架連接器，使支護體之間形成閉鎖結(jié)構(gòu)，并與頂板或巷幫進行線或面接觸，從而形成垂直巖體的承載力，削弱應(yīng)力作用，提高巖體穩(wěn)定性，同時可防止支護失效，如圖1所示。

圖1 煤巷頂、幫桁架支護原理示意圖

3.2 頂板桁架支護材料選取

8106頂抽巷桁架支護體選取長度為6.5m、直徑21.6mm高強度預(yù)應(yīng)力鋼絞線，頂板桁架選取長度為2.0m、直徑30mm圓鋼，頂板連接器選用特制的四孔張拉器，幫部桁架選取長度為1.6m、直徑為30mm圓鋼，連接器采用雙孔張拉器。

3.3 頂板桁架支護設(shè)計

（1）8106頂抽巷頂板采用交叉式桁架支護。首先分別在距巷幫0.5m處施工兩組肩角錨索，每組兩根，錨索與頂板呈60°夾角，每根錨索采用三支錨固劑錨固，錨固后錨固力不得低于170kN，錨索外露長度為0.25m。兩組肩角錨索間距為2.0m，施工在頂板鋼帶中間。

（2）在相鄰兩組肩角錨索外露端安裝圓鋼托架，并采用四孔張力器交叉預(yù)緊，預(yù)緊力不得低于150kN，相鄰兩組交叉桁架支護間距為2.0m。

（3）在相鄰兩組交叉桁架支護中間施工一組對拉桁架支護，施工工藝及技術(shù)要求與交叉桁架支護相同，如圖2所示。

3.4 巷幫桁架支護

（1）8106頂抽巷幫部采用縱橫交錯式桁架支護，縱向桁架支護分別在幫部距頂板0.5m，距底部0.8m處分別施工兩根傾角錨索，根據(jù)實驗發(fā)現(xiàn)，傾角錨索與巷幫呈45°～55°左右時效果最好。傾角錨索施工完后，采用雙向拉緊器進行預(yù)緊，預(yù)緊力不得低于100kN，縱向桁架支護間距為2.0m，桁架支護長度為1.6m，如圖2所示。

（2）縱向桁架支護施工完后，在相鄰兩根縱向桁架支護之間施工兩根橫向桁架支護，第一根施工在距頂板0.6m處，第二根施工在距頂板2.1m，橫向桁架支護長度為1.8m。

圖2 8106頂抽巷頂板、巷幫桁架支護平面示意圖

4 效果

（1）8106頂抽巷頂板及幫采用桁架支護后，有效阻止了頂板下沉、巷幫移近現(xiàn)象，頂板最大下沉量僅為0.14m，巷幫最大移近量僅為0.22m。

（2）與架棚、注漿支護相比，采用桁架支護后，8106頂抽巷在掘進時可降低單米巷道支護費用至210元，而且降低了支護勞動強度，簡易了支護工序，減少了巷道維護時間，提高了巷道掘進速度，在后期巷道掘進時平均掘進量達8.7m/d。

（3）通過實際應(yīng)用發(fā)現(xiàn)，桁架支護技術(shù)能夠有效控制巷道頂板下沉、離層、巷幫松散變形等現(xiàn)象，在深井高應(yīng)力軟巖巷道圍巖關(guān)鍵部位加固等復雜條件下的應(yīng)用具有很強的靈活性和針對性。