JW 型錨索棚在巷道過(guò)斷層中的應(yīng)用

賈林旺

（山西焦煤霍州煤電集團(tuán)呂梁山煤電有限公司方山店坪煤礦， 山西 呂梁 033102）

1 店坪煤礦2062 巷概述

店坪煤礦2062 巷位于井田二采區(qū)東翼，工作面東至井田邊界，南為呂梁環(huán)城高速保護(hù)煤柱，西為+830 m 水平系統(tǒng)大巷，北與9-204 工作面采空區(qū)相鄰。巷道設(shè)計(jì)長(zhǎng)度為1 724 m，巷道斷面規(guī)格為寬×高=4.8 m×3.0 m，巷道掘進(jìn)煤層為9 號(hào)層，平均厚度為3.1 m。

2062 巷采用綜合機(jī)械化掘進(jìn)工藝，截止目前巷道已掘進(jìn)至500 m，根據(jù)《店坪煤礦2062 巷掘進(jìn)作業(yè)規(guī)程》提供資料顯示，巷道掘進(jìn)至510 m 處將揭露一條F6 逆斷層，斷層落差為2.4 m，傾角為45°，受斷層影響巷道掘進(jìn)至495 m 處頂板開始出現(xiàn)破碎現(xiàn)象，原巷道頂板支護(hù)失效現(xiàn)象嚴(yán)重，局部巷道頂板出現(xiàn)冒漏，針對(duì)這一技術(shù)難題，店坪煤礦為了彌補(bǔ)傳統(tǒng)支護(hù)的不足，決定對(duì)巷道過(guò)斷層期間提出了“JW 型錨索棚”支護(hù)，確保巷道安全過(guò)F6 斷層影響區(qū)決定對(duì)巷道采取JW 型錨索棚支護(hù)。

2 巷道采用原支護(hù)設(shè)計(jì)及存在的問(wèn)題

2.1 原方案設(shè)計(jì)

為了有效避免巷道頂板發(fā)生破碎，通過(guò)采用聯(lián)合支護(hù)的方式能夠有效維護(hù)頂板，聯(lián)合支護(hù)采用的材料主要有錨桿、鋼帶及鋼棚。

1）首先要在頂板施工6 個(gè)鉆孔，并在每個(gè)鉆孔內(nèi)分別插入一根2.5 m 長(zhǎng)的無(wú)縱筋錨桿，相鄰錨桿的距離為0.9 m，相鄰兩排錨桿的距離為1.0 m，施工完畢后對(duì)錨桿的預(yù)緊力進(jìn)行測(cè)試，確保每根錨桿的預(yù)緊力不得低于200 N·m。

2）通過(guò) 6 根錨桿將長(zhǎng)、寬、厚分別為 4.8 m、0.15 m、3 mm 的鋼帶固定在頂板上，并使用邊長(zhǎng)為0.1 m 的正方形拱形墊片將錨桿與鋼帶固定，并用螺母將其進(jìn)行緊固。

3）根據(jù)巷道斷面尺寸，鋼棚頂梁主要是由三根工字鋼梁焊接組成，并通過(guò)卡纜將棚腿與頂梁進(jìn)行緊固，相鄰兩個(gè)鋼棚的安裝距離為1.2 m。

2.2 存在的問(wèn)題

1）由于該巷道為軟薄巖復(fù)合頂板，且頂板破碎比較嚴(yán)重，采用傳統(tǒng)的支護(hù)方式很難對(duì)頂板進(jìn)行有效支護(hù)，再加上采動(dòng)影響及巷道構(gòu)造應(yīng)力的作用，巷道頂板很容易發(fā)生離層，情況嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成巷道頂板錨桿由于承載力低而斷裂。根據(jù)地質(zhì)資料顯示該巷道頂板預(yù)留著2.6 m 厚的煤層，而傳統(tǒng)的支護(hù)錨桿由于長(zhǎng)度僅為2.5 m，無(wú)法使錨桿錨固端插入堅(jiān)硬的巖石層中，從而導(dǎo)致錨固力不能達(dá)到支護(hù)要求[1-2]。

2）前期巷道采用工字鋼棚對(duì)頂板進(jìn)行支護(hù)，但這種被動(dòng)支護(hù)方式仍會(huì)出現(xiàn)頂板深層離層的情況，再加上工字鋼棚頂梁較長(zhǎng)，一旦頂板壓力過(guò)大很容易出現(xiàn)棚腿變形的情況，棚腿變形后更換難度較大且成本較高。

3）采用傳統(tǒng)的支護(hù)方式，掘進(jìn)工作面每推進(jìn)一定尺寸后需要進(jìn)行一輪作業(yè)，主要工序?yàn)轫敯邈@孔、安裝鋼帶、架設(shè)鋼棚等，在固定的時(shí)間內(nèi)完成以上所有工序不僅會(huì)給工作人員造成巨大的勞動(dòng)強(qiáng)度，還會(huì)由于工序復(fù)雜影響掘進(jìn)進(jìn)度，造成后期工作面推進(jìn)工期較緊。

3 JW 型錨索棚支護(hù)應(yīng)用

3.1 施工工藝

1）通過(guò)對(duì)錨桿、錨索的規(guī)格進(jìn)行重新設(shè)計(jì)來(lái)保障錨固端能夠插入堅(jiān)硬的巖層內(nèi)，從而確保錨桿及錨索能夠?qū)敯暹M(jìn)行有效支護(hù)，此外還通過(guò)加大支護(hù)設(shè)備與頂板的截面積對(duì)頂板進(jìn)行支護(hù)。JW 型錨索棚支護(hù)主要是由一根“V”型頂梁、兩根槽鋼、五根錨索及一根“JW”型頂梁組成。根據(jù)巷道斷面規(guī)格，設(shè)計(jì)的頂梁的長(zhǎng)為5.0 m，寬為0.35 m，厚為6 mm，并在頂梁上均勻施工五個(gè)鉆孔；槽鋼采用3.6 m 長(zhǎng)的高強(qiáng)度鋼材，錨索的直徑與長(zhǎng)度分別為21.6 mm、5.5 m。為了能夠有效監(jiān)控頂板的變形量，還需將變形監(jiān)測(cè)儀安裝在頂梁上，如圖1 所示。

圖1 2062 巷斷層破碎區(qū)JW 型錨索棚支護(hù)斷面示意圖（單位：mm）

2）在頂板破碎嚴(yán)重或明顯下沉的位置鉆一排直徑與深度分別為30 mm、5.5 m 的鉆孔，并確保鉆孔保持在一條直線上且與巷道垂直，相鄰兩個(gè)鉆孔的距離控制在1.1 m，以上工序全部完成后將錨索與錨固劑分別插入鉆孔，并用錨索鉆機(jī)對(duì)錨索進(jìn)行緊固，緊固后的錨固力要安排專人進(jìn)行測(cè)定，確保每根錨索的錨固力大于170 kN，外露長(zhǎng)度在0.15～0.25 m之間。

3）將“JW”頂梁安裝在錨索外露端，并采用邊長(zhǎng)為0.3 m 的正方形方墊及鎖具對(duì)錨索進(jìn)行緊固，緊固后的預(yù)緊力要安排專人進(jìn)行測(cè)定，并確保每根頂梁與頂板之間不存在較大間隙。

4）使用卡纜將頂梁與棚腿進(jìn)行緊固，將兩根棚腿與中間位置的錨索外露端分別與“V”型梁固定后進(jìn)行拉伸預(yù)緊。根據(jù)巷道破碎的長(zhǎng)度，相領(lǐng)錨索棚架的安裝距離不得大于1.0 m，支護(hù)范圍需要覆蓋所有破碎帶。

3.2 應(yīng)用效果分析

1）傳統(tǒng)的支護(hù)方式不僅工序復(fù)雜而且后期維護(hù)費(fèi)用較大，JW 型錨索棚支護(hù)后只需15 架可對(duì)破碎頂板進(jìn)行支護(hù)，JW 型錨索棚支護(hù)時(shí)工序較少，只需要4 個(gè)人/班就能完成三個(gè)支護(hù)循環(huán)，大大提高了掘進(jìn)工作面的推進(jìn)速度，節(jié)約支護(hù)成本費(fèi)用達(dá)6.5萬(wàn)元。

2）JW 型錨索棚支護(hù)既是被動(dòng)支護(hù)又是主動(dòng)支護(hù)，能夠避免工字鋼棚這種被動(dòng)支護(hù)方式導(dǎo)致的支護(hù)效果差的現(xiàn)象，大大提高復(fù)合頂板破碎區(qū)域的支護(hù)效果，根據(jù)對(duì)安裝在頂梁的變形儀進(jìn)行觀察，發(fā)現(xiàn)采用JW 型錨索棚支護(hù)后頂板下沉量控制在0.15 m以下，而且后期鋼棚棚腿的變形小，能夠降低后期棚腿的更換費(fèi)用及時(shí)間[3-5]。

4 結(jié)語(yǔ)

店坪煤礦對(duì)2062 巷斷層區(qū)頂板支護(hù)進(jìn)行合理優(yōu)化，采用JW 型錨索棚支護(hù)，通過(guò)實(shí)際應(yīng)用效果來(lái)看，該支護(hù)滿足破碎頂板支護(hù)要求，可大大提高破碎頂板穩(wěn)定性，控制了破碎頂板變形、下沉現(xiàn)象，取得了顯著的應(yīng)用成效。