耦合讓均壓支護(hù)在綜采面端頭維護(hù)的應(yīng)用

任 偉

（大同煤礦集團(tuán)雁崖煤業(yè)公司，山西 大同 037003）

1 概況

大同煤礦集團(tuán)雁崖煤業(yè)公司8309工作面位于井田三盤區(qū)西翼，工作面東部為盤區(qū)大巷，南部為5310巷，西部為實(shí)煤區(qū)，北部為2308巷。8309工作面設(shè)計(jì)走向長度為1200m，傾向長度為220m。工作面回采煤層為二疊紀(jì)下統(tǒng)山西組4#煤層，平均厚度為3.5m，煤層結(jié)構(gòu)復(fù)雜，含多層以炭質(zhì)泥巖為主的夾矸，矸石平均厚度為0.8m。4#煤層無偽頂，直接頂主要以炭質(zhì)泥巖為主，平均厚度為3.2m，基本頂主要以細(xì)砂巖為主，平均厚度為11.4m。采用綜合機(jī)械化采煤工藝。

為了提高工作面煤柱回采率，8309工作面與8310工作面之間預(yù)留小煤柱，煤柱寬度為6.0m。由于受鄰近巷道（2310巷）掘進(jìn)擾動應(yīng)力及本工作面回采應(yīng)力影響，8309工作面機(jī)頭20m范圍內(nèi)運(yùn)輸順槽頂板應(yīng)力集中現(xiàn)象明顯，局部地段出現(xiàn)破碎、下沉現(xiàn)象。為了保證工作面回采安全，端頭應(yīng)力區(qū)采取架設(shè)π型鋼梁+單體柱以及對應(yīng)力區(qū)施工錨索吊棚進(jìn)行維護(hù)。共支設(shè)三排單體柱，柱間距為1.0m，排距為1.5m；錨索吊棚垂直巷道布置，排距為1.5m。

2 端頭應(yīng)力區(qū)原支護(hù)存在問題分析

（1）勞動強(qiáng)度大。8309工作面回采速度為6.0m/d，回采期間每天需對端頭應(yīng)力區(qū)支設(shè)6組π型鋼梁+單體柱以及補(bǔ)打6根錨索吊棚，還要對端頭支架處單體柱進(jìn)行回收，造成勞動作業(yè)強(qiáng)度大、在應(yīng)力破壞區(qū)施工難度大等問題。

（2）成本費(fèi)用高。工作面每天需對頂板施工錨索吊棚進(jìn)行維護(hù)，每架錨索吊棚成本費(fèi)用為420m，施工后的錨索吊棚由于受頂板應(yīng)力作用變形嚴(yán)重，回收難度大，多數(shù)施工后的錨索吊棚隨工作面推移丟入采空區(qū)，加大了工作面支護(hù)成本費(fèi)用。

（3）頂板破壞嚴(yán)重。由于單體支柱、錨索吊棚屬于線性支護(hù)，對頂板支護(hù)斷面積小，在頂板應(yīng)力作用下，π型鋼梁+單體柱以及錨索吊棚對頂板產(chǎn)生剪切破壞，破壞了頂板連續(xù)性。

（4）支護(hù)效果差。由于單體柱、錨索吊棚剛度強(qiáng)、讓壓性能低，頂板產(chǎn)生塑性變形時(shí)，單體柱及吊棚產(chǎn)生嚴(yán)重變形現(xiàn)象，且與圍巖變形無法相耦合，降低了支護(hù)效果。

（5）8309工作面已回采470m，共計(jì)施工262架錨索吊棚。受頂板應(yīng)力作用，錨索吊棚變形嚴(yán)重，部分吊棚出現(xiàn)斷裂現(xiàn)象，頂板最大下沉量達(dá)0.54m，局部地段頂板出現(xiàn)破碎、冒落現(xiàn)象，破壞區(qū)向工作面延伸。回采期間回收可利用錨索吊棚僅74架，支護(hù)成本費(fèi)用9.8萬元，勞動成本費(fèi)用4.3萬元。

3 耦合讓均壓支護(hù)技術(shù)應(yīng)用

3.1 耦合讓均壓支護(hù)原理

巷道掘進(jìn)過程中確保支護(hù)體應(yīng)力、變形必須與圍巖應(yīng)力、變形相耦合，而傳統(tǒng)的錨桿、錨索支護(hù)屈服強(qiáng)度低，在使用過程中當(dāng)圍巖應(yīng)力集中顯現(xiàn)出現(xiàn)大變形時(shí)，傳統(tǒng)支護(hù)體無法起到相耦合作用。若直接將支護(hù)體本身做成可變形結(jié)構(gòu)，變形參數(shù)難以控制，所以在不改變支護(hù)體長度、直徑等參數(shù)情況下，在支護(hù)體上安裝可變形附體，利用變形附體自身讓壓變形作用使圍巖進(jìn)行卸壓，從而達(dá)到支護(hù)體應(yīng)力、變形與圍巖的應(yīng)力、變形相耦合的目的。

3.2 耦合讓均壓支護(hù)設(shè)計(jì)

為了降低支護(hù)施工難度，提高頂板支護(hù)效果，決定采用錨桿、錨索作為支護(hù)體，讓壓管作為變形附體，對8309工作面端頭應(yīng)力區(qū)進(jìn)行耦合讓均壓支護(hù)。

（1）錨桿、錨索支護(hù)參數(shù)。將初步設(shè)計(jì)的錨桿（2.5m）、錨索（5.3m）改為材料為Q720礦用高強(qiáng)左旋無縱筋螺紋鋼、長度為3.0m、直徑為22mm的錨桿，錨索采用長度為8.0m、直徑為21.6mm恒阻高應(yīng)力鋼絞線。

（2）讓壓管參數(shù)。錨桿讓壓管采用12-13TB型單泡讓壓管，允許最大讓壓距離為40mm；錨索讓壓管采用26-35TB雙泡讓壓管，允許最大讓壓距離為60mm。

（3）支護(hù)方案。為了充分發(fā)揮耦合讓均壓支護(hù)效果，決定對應(yīng)力區(qū)頂板施工邁步交錯(cuò)式走向讓壓錨桿，頂板每排布置4根錨桿，錨桿間距為1.2m，每排錨桿配套一根長度為3.8m“JW”鋼帶，錨桿排距為2.0m，相鄰兩排錨桿邁步交錯(cuò)式布置；頂板錨索每排布置兩根，每根錨索配套一根長度為0.6m、寬度為0.40m“JW”型鋼梁，錨索排距為4.0m，間距為3.0m。如圖1所示。

圖1 8309端頭應(yīng)力區(qū)耦合讓均壓支護(hù)斷面、平面示意圖

3.3 耦合讓均壓支護(hù)效果觀測

（1）8309工作面端頭應(yīng)力區(qū)采取耦合讓均壓支護(hù)后，布置三個(gè)觀測面（1#、2#、3#），分別位于距工作面5.0m、10m、15m處。通過頂板位移變化觀測發(fā)現(xiàn)，3個(gè)觀測面頂板均出現(xiàn)下沉現(xiàn)象，且隨著時(shí)間推移均趨于穩(wěn)定。其中1#觀測面頂板下沉最大，最大下沉量達(dá)0.35m，如圖2所示，但頂板未出現(xiàn)破碎、斷裂現(xiàn)象，頂板仍處于連續(xù)完整狀態(tài)。

（2）在每個(gè)觀測面上選取錨桿、錨索各一根，并在其下方安裝電子壓力表。通過電子壓力表數(shù)據(jù)顯示，耦合讓均壓錨桿、錨索安裝15d后受力趨于穩(wěn)定，錨桿受力為102kN，錨索受力為340kN，均未達(dá)到錨桿、錨索屈服極限，錨桿錨索未出現(xiàn)失效、斷裂現(xiàn)象。

圖2 端頭應(yīng)力區(qū)觀測面頂板下沉變化曲線圖

4 結(jié)論

針對8309工作面端頭應(yīng)力區(qū)維護(hù)難度大、效果差等技術(shù)難題，提出了耦合讓均壓支護(hù)技術(shù)，通過實(shí)際應(yīng)用取得顯著成效。

（1）降低了支護(hù)成本費(fèi)用。采用耦合讓均壓支護(hù)技術(shù)后，巷道每米支護(hù)成本費(fèi)用為220元，與傳統(tǒng)支護(hù)相比每米降低支護(hù)費(fèi)用340元；采用該支護(hù)后，支護(hù)體處于穩(wěn)定支護(hù)狀態(tài)，隨著工作面推移，支護(hù)體下方的“JW”型鋼帶、鋼梁便于回收，可回收利用率達(dá)86%，降低了支護(hù)成本費(fèi)用。

（2）支護(hù)效果好。采用耦合讓均壓支護(hù)技術(shù)后，解決了傳統(tǒng)錨桿、錨索支護(hù)破斷現(xiàn)象，起到了支護(hù)體與圍巖變形相耦合作用；對錨桿、錨索安裝不同參數(shù)的變形體，避免了錨索延伸率低、率先出現(xiàn)破斷現(xiàn)象，保證了錨桿、錨索對頂板共同承載作用，提高了支護(hù)效果，實(shí)現(xiàn)均壓目的。

（3）增加了端頭空間。采用耦合讓均壓支護(hù)技術(shù)后，端頭應(yīng)力區(qū)單體柱由原來的3排減少為2排，排距增加至2.5m，間距增加至2.0m，減少了應(yīng)力區(qū)單體柱支護(hù)數(shù)量，降低了勞動強(qiáng)度，增加了端頭作業(yè)空間。