錨桿架棚支護技術在破碎頂板中的應用

吳曉峰

（晉能控股煤業集團有限公司， 山西 大同 037001）

引言

煤礦在開采作業時會出現較多的安全問題，這些問題一直制約著礦井正常工作的開展。隨著我國現代化水平的提高，對于煤炭的需求量也越來越大，掘進巷道也逐漸向礦井深處延伸，然而由于巷道深處煤層煤質發生變化，頂板破碎、下沉、巷道圍巖、地質構造應力等危險因素較多，員工的生命得不到保障。所以對于采掘工作面圍巖采取合理有效的支護技術，對煤礦安全高效開采具有重要意義，本文以大斗溝煤礦5201 巷為例，對巷道過應力區采用了錨桿架棚支護技術。

1 大斗溝煤礦5201 巷概述

大斗溝煤礦5201 巷位于井田三盤區，北東部為山2 號層盤區巷，北西部為8202 設計工作面，南東為8206 設計工作面，南西為山2 號煤層可采邊界。

5201 巷設計長度為1 780 m，巷道設計斷面規格為寬×高=5.2 m×3.6 m，巷道掘進煤層為2 號煤層，平均煤層厚度為2.71 m，煤層含夾矸1～2 層（0.15～0.4）。煤層走向北西，傾向南東，煤層結構簡單，2 號煤層在偽頂主要以泥巖為主，平均厚度為0.3m，直接頂主要以粉細砂巖為主，平均厚度為12 m，基本頂主要以中粗砂巖為主，平均厚度為15 m。

5201 巷采用綜合機械化掘進，截止目前巷道已掘進520 m，巷道掘進至535 m 處位于巷道北側24 m存在一條X4 陷落柱，陷落柱長軸長度為36 m，短軸長為19 m，該陷落柱對巷道掘進影響長度為32 m，巷道掘進至515 m 處進入X4 陷落柱應力區，受陷落柱應力影響，巷道在前期掘進過程中頂板出現破碎、片幫現象，并及時采用密集錨網索進行維護，但是實際應用效果周期相對較長，無法滿足應力區巷道支護要求[1-2]。

2 傳統支護主要存在的問題

2.1 傳統單一錨網支護的問題

傳統支護工藝主要是采用錨網對巷道頂板進行支護，比較適用于大多數頂板平整性較好的工作面，然而對于5201 巷軟薄巖頂板的支護效果較差，特別是該巷道掘進巷道斷面較大，軟薄巖的節理發育破碎很容易引起支護失效而發生頂板下沉的情況；在進行錨索支護的過程中，由于鉆孔涌水量較大導致施工難度大，傳統錨網索支護方式已經無法滿足支護要求。

2.2 單一架棚支護的問題

由于5201 巷復合頂板壓力較大，采用工字鋼棚對頂板進行支護時無法抵消頂板壓力而發生離層，隨著頂板壓力越來越大，工字鋼棚會出現棚腿變形的情況，給施工人員后期的維護造成較大的工作量，導致掘進工作面推進速度緩慢，再加上工字鋼棚的費用投入較大，因此架設鋼棚無法滿足快速掘進的需求。

3 錨桿架棚支護技術應用

為了提高5201 巷過應力區頂板穩定性，防止巷道頂板出現垮落事故，決定對巷道采取錨桿架棚支護技術，如下頁圖1 所示。

3.1 支護作用原理

當掘進巷道頂板壓力增大時，由于工字鋼棚的支撐能力較低，頂板的變形下沉量會增大，工字鋼棚無法對下沉的頂板進行有效支護，這種支護方式只能對頂板的離層起到被動支護，一旦掘進巷道頂板下沉嚴重時，工字鋼棚的棚腿會發生變形或斷裂；采用錨網支護能夠有效地對巷道圍巖進行加固，提高頂板支撐的承載力，這種支護方式雖然屬于主動支護，但是不適用于軟薄型復合頂板。采用聯合支護的方式不僅利用錨網支護進行加固，而且還能使用鋼棚對頂板進行支護，既能夠對巷道圍巖進行加固，又能進行支撐，剛柔并濟，不論從技術上還是實際上都非常適用于軟薄復合頂板。

3.2 支護參數

1）錨網支護:采用長度與直徑分別為2.0 m、22 mm 左旋螺紋鋼錨桿，并為每個錨桿配套兩卷型號為S2360、Z2360 樹脂藥卷，相鄰錨桿的距離控制在0.6～0.9 m 之間，相鄰兩排錨桿的距離為0.7 m，之后再使用金屬網及鋼帶對頂板進行支護。巷道兩側的錨桿采用長度與直徑分別為2.5 m、22 mm 鋼錨桿，并為每個錨桿配套一卷型號為S2360 樹脂藥卷，相鄰錨桿間距與排距均為1.0 m，如圖1 所示。

圖1 5201 巷應力區頂板錨桿架棚支護斷面示意圖（單位：mm）

2）工字鋼棚主要由工字鋼梁搭建而成，相領工字鋼棚的距離為1.0 m，棚梁與棚腿的距離分別5.2 m、3.6 m，掘進工作面滯后10 m 的位置安裝工字鋼棚。

3.3 施工工藝

為了確保采用聯合支護后的設備能夠對頂板及側幫起到較好的支護效果，還需參考安裝的時間、地點等因素，使每個支護設備能夠起到相互配合的作用。具體的支護流程如下：鉆頂炮孔—鋪設金屬網、安裝鋼帶—安裝頂錨桿—清理浮煤—鉆幫炮孔—安裝頂錨桿—進工作面滯后10 m 的位置安裝工字鋼棚[3-5]。

4 結論

針對5201 巷傳統支護主要存在的不足，通過采用錨桿架棚聯合支護后，有效地提高了頂板的支護能力，避免了傳統工藝較多的弊端。錨桿鋼棚聯合支護工藝主要優點有:

1）對于比較難支護的軟薄型復合頂板具有較好的使用效果且工藝簡單。

2）與傳統支護工藝相比，大大降低了工作人員的勞動強度，后期維護量少。

3）大大降低支護費用的支出，后期棚腿更換量少，能夠節約較多的費用。