掘進巷道過應力破碎帶支護設計應用

郭小路

（山西煤炭運銷集團野川煤業有限公司，山西 高平 048400）

引言

巷道掘進時會造成原有煤層結構破壞，巷道頂板會形成應力組合梁來降低應力的破壞作用，但在遇到頂板破碎或地質構造復雜的頂板時，外界的采動壓力、構造應力會大大降低頂板的穩定性，一旦組合梁承載的支撐力小于礦壓時，組合梁承載就會出現變形及斷裂，掘進工作面出現頂板下沉的情況，頂板破碎嚴重時會造成掘進工作面冒頂及垮落，嚴重威脅工作面的正常生產。本文針對野川煤礦三采區掘進工作面下沉的原因及支護不足，制定出一套合理的錨索梁支護方式。對于野川煤礦三采區膠帶巷在掘進至1 200 m 處時，由于斷層頂板破碎嚴重，頂板下沉達到了0.55 m，巷道變形嚴重，施工人員使用錨索梁支護后取得了較好的支護效果。

1 野川煤礦三采區概述

山西煤炭運銷集團野川煤業有限公司三采區膠帶巷主要沿3 號煤層底板掘進，水平標高+770～+825 m，位于井田中東部，東邊為原喬家溝煤礦3410 采空區，南邊為設計三采區回風巷，北邊為設計三采區輔助運輸巷，西邊為二采區膠帶巷。

三采區膠帶巷設計走向長度1 608 m，工程量為26 790 m3；巷道總體坡度0°～6°，平均坡度4°，預計服務年限為40 個月，主要施工工藝為綜掘。巷道設計斷面規格為4.0 m×3.5 m，施工巷道沿3 號煤層底板平行掘進，預留頂煤厚度為1.8 m，3 號煤層直接頂主要以泥巖、砂質泥巖為主，平均厚度為2.4 m，基本頂主要以細粒砂巖、粉砂巖為主，平均厚度為17 m，截止目前巷道已掘進1 208 m。

根據野川煤礦地測科提供資料顯示，在巷道掘進至1 217 m 處揭露一條F3 正斷層，斷層落差為1.6 m，傾角為59°，受斷層影響巷道掘進至1 200 m處時頂板局部出現破碎現象，當巷道掘進至1 206 m處時頂板破碎嚴重，采用傳統錨桿、金屬網維護難度大，錨桿失效率高，頂板大面積出現下沉現象，最大下沉量為0.55 m，巷道掘進效率差，嚴重制約著巷道安全高效掘進。對此，野川煤礦通過技術研究決定對斷層破碎區采取錨索梁加強支護[1-2]。

2 錨索梁支護施工設計

2.1 施工工藝

1）三采區膠帶巷采用錨索梁作為主要加強支護方式，錨索梁是由高強度工字鋼及錨索組合而成，根據巷道的斷面尺寸，鋼梁的長度設計為3.8 m，施工人員在每根橫梁上施工3 個圓孔，圓孔的直徑設計為25 mm，錨索預應力鋼絞線的直徑與長度設計為21.6 mm 及8.3 m。

2）施工人員首先要采用氣動錨索鉆機及八字形鉆頭在距頂板下沉區1.5 m 處施工一個深度為8 m 的鉆孔。鉆孔之間的距離為1.6 m，且每排打三個鉆孔。

3）打完鉆孔后，施工人員要在每個鉆孔內加裝樹脂錨固劑及錨索，每個鉆孔內要加裝三支樹脂錨固劑，之后采用錨索機對錨索進行錨固，錨固時間必須大于3 min，同時需確保錨固后錨索外露長度在0.5 m 左右。

4）待第一排錨索全部安裝完畢后安裝工字鋼梁，鋼梁與巷道要保持90°的夾角，鋼梁與錨索需采用0.3 m 的正方形鋼托板及鎖具加固，之后再采用錨索張拉機進行預緊。

5）待第一個錨索梁安裝完畢后再繼續安裝后面的錨索梁，錨索梁之間的距離控制在1 m，錨索梁要全部覆蓋住整個破碎頂板區域。

6）如頂板出現局部破碎嚴重及鋼梁與頂板不接觸的情況時，為了確保錨索梁不失效，工作人員需在鋼梁之間安裝水泥背板及半圓木，具體如下頁圖1所示。

圖1 三采區膠帶巷破碎頂板錨索梁支護斷面示意圖（未標單位為mm）

2.2 施工技術措施

1）根據巷道頂板的破碎情況，施工人員需選擇合理的錨索、鋼梁及施工范圍。

2）為了確保工作人員的上錨索梁時的安全，施工人員需在施工高度較高的位置搭建工作盤，工作盤需采用圓木進行搭設。

3）為了確保支護的穩定性，鉆孔施工時需安排專人對頂板的煤層進行觀察，確保鉆孔的終端與堅硬頂板接觸。

4）錨索鉆機在錨固時，工作人員要確保鉆機的轉速穩定且不停頓，錨固時間必須大于3 min，錨固完成一小時后要進行拉拔力實驗，待錨索完成拉拔力實驗且合格后再安裝鋼梁。

5）施工人員要確保安裝后的鋼梁要與頂板嚴實接觸，同時定期安排專人對鋼梁的變形情況進行觀察，如發現鋼梁變形嚴重及時采取相應的應急措施。

6）錨索梁全部安裝完畢后，工作人員要在破碎嚴重的區域安裝頂板離層儀，同時安排專人進行查看[3-5]。

3 實際應用效果分析

1）三采區膠帶巷應力區采用的錨索梁與傳統的注漿、鋼棚等支護工藝相比，具有安裝簡單、維護方便、費用小、安裝時間快的優點。根據安裝費用統計，三采區膠帶巷在破碎區域共安裝錨索梁23 根，成本費用為0.35 萬元，而傳統的支護工藝預計費用在2萬元左右，降低了支護成本費用；而且錨索梁安裝時由3 人安裝即可，安裝時間在8 h，縮短了支護時間，降低了支護勞動成本費用。

2）三采區膠帶巷錨索梁的鉆孔深度達到10 m，錨索緊緊地黏接在堅硬巖石上，對整個破碎區域的頂板起到了很好的懸吊效果，防止破碎面積進一步擴大。施工人員經過一個月的觀察，巷道破碎頂板采用錨索梁支護后頂板的下沉距離控制在0.2 m，錨索梁有效地防止了破碎頂板出現下沉、破碎現象。

4 結語

野川煤礦針對三采區膠帶巷掘進過斷層帶期間頂板破碎、下沉現象，導致巷道成型質量差，錨桿支護強度低等，通過技術研究決定采用錨索梁支護，通過實際應用效果來看，錨索梁支護具有支護工藝簡單、支護效果好、成本費用低等優點，采用該支護后有效控制了三采區膠帶巷斷層破碎頂板下沉現象，提高了頂板整體穩定性，加快了巷道快速掘進，對類似地質條件巷道頂板支護提供了實踐依據，取得了顯著的安全性、經濟效益。