錨索梁支護在巷道頂板下沉區應用實踐

薛少峰

（山西汾西正令煤業有限責任公司，山西 孝義 032300）

巷道開挖后破壞了原巖應力平衡，巷道頂板形成應力組合梁，該組合梁承載能力主要由巷道頂板巖石層穩定性決定。由于受采動壓力、構造應力等外界作用力影響，巷道頂板巖石層穩定性降低，頂板壓力加大，當礦壓大于組合梁承載能力時，巷道頂板會發生塑性變形，主要體現在頂板下沉，隨著頂板下沉量逐漸加大，頂板壓力大于組合梁屈服極限時，頂板出現破碎、冒頂、垮落等現象，從而加大了頂板支護難度，威脅著煤礦安全生產。本文以正令煤礦2108回風順槽為研究對象，分析巷道頂板出現下沉主要原因及錨桿支護在下沉區應用中存在的不足，提出了錨索梁支護在下沉區中的應用，保證巷道安全穩定。

1 概 述

山西汾西正令煤業有限責任公司位于孝義市西南直距15km處柱濮鎮上令狐村，礦井井田面積為5.8405km2，設計生產能力為0.9Mt/a。井田內分三個采區，目前回采2#煤層二采區。

2108回風順槽位于二采區北翼，回采煤層為2#石炭系煤層，巷道設計長度為1600m，巷道為矩形斷面，斷面規格為寬×高=4.0×3.5m，巷道采用錨桿、錨索、金屬網支護，頂板每排施工4根單錨桿，錨桿間排距為1.0×1.0m，錨桿采用長度為2.2m，Ф20mm螺紋鋼錨桿，錨索長度為6.0m，直徑為17.8mm，每排施工2根，間排距為2.0×3.0m。2108巷采用綜合機械化掘進施工工藝，截至目前巷道已掘進840m。

2108回風順槽頂板存在厚度為0.7m偽頂，主要以炭質泥巖為主，直接頂以砂質泥巖為主，平均厚度為5.4m，根據正令煤礦地測科提供資料顯示，2108回風順槽掘進至710m處揭露一條F11正斷層，斷層落差為1.3m，傾角為55°，巷道在過斷層期間支護設計不變。受采動及構造應力影響，巷道過F11斷層一個月后該處頂板出現破碎、局部下沉現象，隨著時間推移，斷層處頂板第三個月后下沉量達0.6m，不僅影響了巷道成型，而且嚴重威脅著巷道施工安全。對此正令煤礦通過技術研究決定采用錨索梁對斷層處頂板下沉區進行維護。

2 錨索梁支護設計

2.1 施工工藝

（1）2108回風順槽在頂板下沉區采用的錨索梁主要由11#工字鋼梁及錨索組成，鋼梁長度為3.8m，每根鋼梁上焊制三個Ф25mm的圓孔，錨索采用Ф21.6mm，長度為8.3m預應力鋼絞線。

（2）首先在巷道進向距頂板下沉區2.0m處采用MQT-130型氣動錨索鉆機、六棱中空鉆桿以及28mm八字形鉆頭聯合施工鉆孔，鉆孔深度為8.0m。每排施工3個鉆孔，鉆孔間距為1.6m，如圖1所示。

（3）鉆孔施工完后在每個鉆孔內分別填裝樹脂錨固劑及錨索，每個鉆孔填裝3支錨固劑，2支型號為MSK23/60，1支型號為MSK23/60。錨索填裝后采用錨索機對其進行錨固，錨固時間不得低于3min，錨索錨固后錨索外露長度控制在0.5m左右。

（4）當第一排錨索施工完后，在錨索下方安裝工字鋼梁，鋼梁與巷道垂直布置，鋼梁與錨索之間采用規格為0.3×0.3m鋼托板及鎖具進行固定，并采用MQ17-200/40型錨索張拉機具進行預緊，確保工字鋼梁與頂板接觸嚴實。

（5）當第一根錨索梁施工完后依次施工第二根、第三根錨索梁，錨索梁間距為1.0m，直至過頂板下沉區21.0m后停止施工。

（6）當巷道下沉區頂板出現局部破碎、冒落鋼梁與頂板接觸不嚴實時，在相鄰兩根鋼梁之間架設水泥背板或半圓木等，確保錨索梁支護有效。

圖1 2108巷頂板下沉區錨索梁支護斷面、平面示意圖

2.2 安全施工技術措施

（1）在施工前必須確定下沉區影響范圍，合理選擇錨索長度、鋼梁長度以及錨索梁施工的起始位置。

（2）若巷道過高人工上錨索梁時必須搭設工作盤，工作盤采用直徑不低于300mm圓木搭設，搭設高度以便于施工為宜。

（3）在頂板下沉區施工鉆孔時，必須對鉆桿穿過的煤層、巖層厚度進行觀察記錄，并確保鉆孔終孔位置位于堅硬巖石層內。

（4）在進行錨索錨固時鉆機轉動勻速且嚴禁中間停頓，錨索錨固時間不得低于3min，錨固1h后必須進行拉拔力實驗，確保錨固牢固后方可安裝鋼梁。

（5）頂板下沉區錨索梁施工完后，必須確保每一根鋼梁與頂板接觸嚴實，定期對鋼梁變形情況進行觀察記錄，若鋼梁變形特變嚴重時必須及時采取支護措施。

（6）錨索梁支護施工完后，在頂板下沉區安裝頂板離層儀，安排專人對頂板下沉、離層情況進行觀察，并及時對錨索梁支護效果進行分析。

3 應用效果分析

（1）與傳統下沉破碎頂板支護工藝相比，如架設鋼棚、注漿等，錨索梁支護具有成本費用低、工藝簡單、施工速度快等優點；實踐證明，每架錨索梁成本費用為320元，2108回風順槽頂板下沉區施工9架錨索梁，共計成本費用為2880元，同時2108回風順槽施工錨索梁支護時，只需3名施工人員即可，施工9架錨索梁僅需7h，與架棚相比縮短了施工時間，共需勞動成本費用為1000元，而采用架設工字鋼棚或注漿支護，需成本費用達5萬余元，由此可見錨索梁支護有效降低了材料成本及勞動成本費用。

（2）2108回風順槽下沉區錨索梁采用長度為8.3m錨索，錨索錨固在頂板堅硬巖石層內，錨索梁將整個下沉離層區進行懸吊，有效防止了下沉區影響范圍擴大，2108回風順槽施工完錨索梁后，通過三個月對該區域進行觀察發現，錨索梁未出現嚴重變形情況，頂板最大下沉量為0.15m，有效阻止了頂板繼續下沉。目前錨索梁支護已在本礦及集團公司其他煤礦類似巷道頂板下沉破碎區推廣應用。

4 結語

山西汾西正令煤業有限責任公司對2108回風順槽頂板下沉區進行分析研究，決定采用錨索梁對下沉區頂板進行支護，實踐證明錨索梁支護不僅降低了支護成本費用，而且提高了支護效果，在后期觀測發現，錨索梁支護有效防止了頂板進一步下沉，取得了顯著經濟、安全效益。