巷道頂板下沉區加強支護技術應用

王 強

(山西長平煤業有限責任公司，山西 晉城 048000)

引 言

掘進巷道在推進時會將煤層原巖應力的平衡破壞，為了確保巷道頂板的穩定，通常需要采取組合梁對頂板進行支護，組合梁能夠保證掘進巷在推進時頂板巖層的穩定性。由于受到構造應力、原巖應力、煤層重力及采動影響，掘進巷道頂板常常出現頂板壓力大的情況，當頂板壓力超過組合梁的承載能力后，巷道頂板就會發生塑性變形，通常表現為頂板破碎嚴重、頂板下沉、煤層與原巖離層，一旦當頂板的壓力超過了組合梁的最大承載能力后，掘進巷道頂板會發生大面積冒頂及片幫，直接威脅巷道工作人員的安全。所以對于下沉區頂板采取合理有效的支護措施，對巷道安全快速掘進具有重要意義。

1 概述

長平煤礦53083巷長度1 151.77 m(開口至5308工作面切眼中線),53083巷開口位于五盤區第二回風巷北幫五盤區第二回風巷4#聯絡橫川正對開口，施工方位角29°53′31″，坡度平均為3°, 開工前掛線中線，不掛腰線，掘進過程中施工3個調車硐室，3#調車硐室距離開口391.77 m，之后分別每隔340 m分別施工2#、1#調車硐室。

巷道沿3#煤層頂板掘進，巷道斷面規格為4.5 m×4.0 m，施工巷道采用綜合機械化掘進工藝，截止2018年12月24日巷道已掘進455 m，受巷道西部F6斷層影響，巷道掘進至450 m處時頂板離層儀出現第一次報警現象，頂板下沉量為0.24 m，隨著巷道延伸當巷道掘進至455 m處時頂板下沉量達0.44 m，頂板原錨桿、錨索支護失效率達12%,嚴重威脅著巷道安全快速掘進，對此，綜掘一隊決定對巷道頂板下沉區采取錨索梁加強支護。

2 錨索梁支護設計

2.1 施工工藝

1)為了能夠有效的控制5383巷頂板的下沉，施工人員采用錨索梁來對頂板進行支護，錨索梁主要是由錨索與工字鋼梁鋼梁構成。具體規格如下：工字鋼梁長度為4.2 m，并在每根工字鋼梁上施工三個圓孔，圓孔的孔徑為25 mm，錨索的長度與直徑分別是8.3 m、21.6 mm。

2)首先在距巷道頂板下沉區3.0 m的位置施工支護鉆孔，每排布置三個，孔間距為1.6 m，排距為1.0 m，如第180頁圖1所示。

圖1 53083巷錨索梁支護斷面示意圖

3)當頂板鉆孔施工完畢后，工作人員要在每個鉆孔內依次填入23/60型錨固劑(2支)、23/35型錨固劑(1支)及錨索，同時要確保每個孔的錨固時間至少大于180 s,錨固完成后還要對錨索外露的長度進行檢查，確保外露部分的長度不得小于0.5 m.

4)當錨索全部安裝完畢后，將鋼梁安裝在錨索下方，鋼梁的安裝角度要與巷道保持垂直，并采用0.3 m的正方形鋼托板及鎖具對錨索進行固定，并使用張拉機具緊固錨索，確保錨索的預緊力達到要求[1-2]。

5)為了避免由于鋼梁與頂板接觸不緊密而導致頂板發生局部破碎或冒落鋼梁，需在鋼梁與頂板之間加裝水泥背板，確保鋼梁能夠對頂板起到較好的支護效果。

2.2 施工注意事項

1)在安裝鋼梁之前首先要對巷道的整個破碎區域進行測量，選定合適的錨索、鋼梁、錨索梁，準確劃定支護范圍。

2)若掘進巷道由于過高無法開展作業時需要在巷道底板搭建平臺，平臺主要是由圓木構成，原木的高度可以根據巷道的高度而定[3]。

3)施工人員在對破碎區域的頂板進行鉆孔時，要時刻通過鉆孔觀察煤層、巖層厚度，確保錨固端能夠插在堅硬的巖層內。

4)使用鉆機進行作業時要保持鉆機勻速轉動，每個鉆孔的錨固時間至少大于160 s，并對錨固的鉆孔進行拉拔實驗，確保預緊力達到標準要求后才能安裝鋼梁。

5)待錨索梁安裝完畢后，要派專人對每根錨索梁與頂板的接觸情況進行驗收，并對頂板的下沉情況及鋼梁的變形進行觀察，如發現鋼梁變形嚴重時要及時采取相應的措施。

6)在破碎區域每隔20 m安裝一部頂板離層儀，并安排專人對每班的頂板離層情況進行記錄[4]。

3 應用效果分析

1)與傳統的注漿及架鋼棚相比，采用錨索梁對破碎頂板進行支護不僅能夠降低工作面的維護成本，還能為工作面的頂板維護縮減時間。根據成本計算錨索梁的制作成本為280元，53083巷頂板下沉區共需安裝70架，合計成本為1.96萬元，而且使用錨索梁進行支護時，只需用4名人員配合即可完成，完成全部錨索梁安裝僅需12 h，而架設鋼棚需要10個人花費20 h的時間才能完成，這就為工作面的支護節約較多的時間。因此與傳統的支護工藝相比，優化后的支護在降低了工人勞動強度的基礎上，大大加快了工作面的推進速度。

2)錨索梁支護時錨索采用加強恒組預應力鋼絞線，使得錨索的錨固端能夠緊緊的錨注入在堅硬的巖石中，能夠對破碎頂板起到較好的懸吊作用，避免了巷道頂板離層，經過安排專人每班對巷道的下沉情況進行觀察，破碎區域內的頂板未發現較大的下沉。該支護工藝已經向其他礦井推廣使用[5]。

3)53083巷頂板下沉區采取錨索梁加強支護后，通過30 d現場觀察發現，錨索梁支護10 d范圍內受頂板蠕動變形影響，巷道頂板下沉量相對較大，頂板下沉量為0.10 m，在10 d～30 d范圍內錨索梁起到耦合支護作用，下沉量區域穩定，最大下沉量控制在0.12 m。

4 結語

長平煤礦綜掘一隊針對53053巷掘進期間頂板下沉現象，采取了錨索梁加強支護技術，通過實際應用效果來看，該支護技術具有結構簡單、成本費用底、支護效果好等優點，有效控制了頂板下沉現象，提高了頂板永久支護效果，取得了顯著應用成效。