應力集中區巷道支護工藝優化

張惠峰

（霍州煤電集團呂臨能化有限公司，山西 呂梁 033200）

1 概況

霍州煤電集團呂臨能化有限公司龐龐塔煤礦704運輸巷位于10#煤七采區，工作面北部為703綜放工作面，南部為雙葉則村保安煤柱，西部為702綜放工作面采空區，東部為未施工的706綜放工作面。工作面上部為原老礦5#煤采空區及5上-104工作面。

704運輸巷設計長度為2076m，施工巷道沿10#煤層底板掘進，10#煤層平均厚度為11.8m，施工巷道斷面規格為寬×高=5.0×3.1m。704運輸巷頂板存在偽頂主要以泥巖為主，平均厚度為0.3m；直接頂主要以砂質泥巖為主，平均厚度為2.61m；基本頂主要以K4砂巖為主，平均厚度為3.5m。

由于704運輸受臨近及上覆巖層采空區影響，巷道掘進至470m處巷道壓力顯現，巷道圍巖出現明顯變形現象，兩幫移近量高達320mm，頂底板移近量最大處達到了640mm，頂板錨桿支護失效現象嚴重，應力集中區長度達87m，嚴重威脅著巷道安全掘進和使用。

2 704運輸巷應力集中區破碎頂板聯合支護措施

為了保證巷道掘進安全，提高施工巷道頂板穩定性，通過技術研究決定在704運輸巷應力區破碎頂板采取“JW型鋼帶錨索+注漿+梯形工字鋼棚”進行聯合支護。

2.1 JW型鋼帶錨索支護

（1）JW型鋼帶支護組成：JW型鋼帶支護由一根長度為4.8m、寬度為0.32m“JW”型鋼帶以及5根長度為2.5m左旋無縱筋螺紋鋼錨桿組成。鋼帶上均勻焊制5個圓孔，孔徑為30mm，孔間距為1.1m，鋼帶排距為1.0m。

（2）施工工藝：① 首先采用MT-130型錨索鉆機配套六棱中空鉆桿以及“八”字型鉆頭在指定區域進行鉆孔施工，鉆孔深度為2.5m，孔徑為28mm，當第一個中部鉆孔施工完后，對鉆孔內依次填裝錨固劑及錨桿，并進行錨固；② 錨桿錨固后在錨桿外露端依次安裝金屬經緯網、“JW”型鋼帶以及鋼方墊，采用螺母將鋼帶與頂板固定，鋼帶與巷道垂直布置；③ 以此類推，以同樣工序將鋼帶其他錨桿進行錨固；④ 頂板錨索采用長度為5.3m、直徑為17.8mm預應力鋼絞線，每排布置3根，錨索間距為1.6m，排距為3.0m，如圖1所示。

（3）注意事項：① 每根錨桿必須配套兩支錨固劑，錨固長度不得低于0.9m，錨固力不得低于10t，預緊力不得低于200N·m；② 所有錨桿垂直頂板布置，允許偏差不得大于3°，錨桿外露長度應控制在10～30mm范圍內。

2.2 注漿支護

（1）704運輸巷掘進至470m處時停止掘進，在工作面煤壁距頂板1.0m處施工一排注漿鉆孔，共計4個，鉆孔間距為1.2m，鉆孔直徑為45mm，鉆孔深度為5.0m。所有鉆孔與頂板成45°仰角布置，其中位于兩幫注漿鉆孔與巷幫成30°夾角布置，鉆孔終孔位于頂板巖體松動圈內。

（2）注漿鉆孔施工完后依次在孔內埋入直徑為20mm注漿軟管，并在距孔口0.5m處安裝封孔器，將注漿軟管與注漿槍連接，注漿槍與3ZBQ20/24礦用氣動注漿泵連接。

（3）為了保證注漿液對頂板巖體裂隙充填效果，采用聚氨酯粘合劑作為注漿液，該注漿材料具有滲透能力強、粘接效果好等優點。注漿時采用“由里向外，由低壓向高壓”的原則，注漿期間鄰孔出現竄液時立即停止注漿。巷道每掘進5m施工一排注漿孔。

2.3 架設梯形工字鋼棚

為了進一步提高頂板穩定性，降低應力對頂板垂直破壞作用，頂板支護施工完后在巷道內架設密集梯形工字鋼棚。

（1）梯形工字鋼棚主要由一根工字鋼梁、兩根棚腿、兩個底座以及卡纜等部分組成，頂梁長度為4.8m，在距頂梁兩端1.0m處各焊制兩個直徑為30mm圓孔；棚腿長度為3.5m；底座主要由一塊長×寬=0.3×0.3m鋼板制成。

（2）首先在巷道兩幫底板處安裝鋼棚底座，底座與底板之間采用三根地錨固定，同一架鋼棚兩個底座軸線與巷道中線垂直，棚腿底座固定后采用螺栓固定，棚腿與巷幫成17°夾角布置。

（3）兩根棚腿安裝后將頂梁與棚腿采用卡纜及螺栓固定。為了保證鋼棚架設穩定，鋼棚架設完成后，在頂梁中采用兩根錨桿將頂梁與頂板進行固定；若鋼棚頂梁與頂板不接頂采用水泥背板及木楔背緊、背牢，鋼棚架設間距為1.0m。

圖1 704運輸巷應力區破碎頂板聯合支護斷面圖

3 結 語

（1）與傳統單錨桿支護相比，采用“JW”型鋼帶錨索支護后，提高了支護體對破碎頂板的支護斷面，保證了相鄰兩根錨桿之間聯鎖作用，有效防止了單錨桿支護時，支護體相對獨立，發生冒頂事故。

（2）采用注漿支護后提高了頂板破碎巖體膠結穩定性及巖體單軸抗壓強度。通過巖體單軸抗壓試驗發現，在注漿前頂板煤巖體單軸抗壓強度不足15MPa，注漿后頂板巖體單軸抗壓強度提高至57MPa，同時采用注漿后使注漿液高壓滲透至裂隙帶內，阻止了頂板巖體松動圈向深部延伸。

（3）采取架設梯形鋼棚進一步提高了頂板穩定性，防止了頂板下沉、離層現象。通過觀察發現，采取鋼棚支護后在前10d受頂板塑性變化影響，頂板最大下沉量為0.17m，在10d頂板變形趨于穩定，頂板下沉量控制在0.12m以下。