讓壓恒阻錨索支護在巷道破碎頂板中的應用

趙慧龍

（陽泉煤業集團長溝煤礦有限責任公司，山西 晉中 030600）

巷道掘進過程中受原巖應力、構造應力等多重壓力作用下，巷道圍巖出現變形、破碎、收縮等現象，特別是軟巖頂板在應力作用下，降低了巖體自身承載作用，巖體出現裂隙，頂板出現下沉、破碎現象。傳統主要采用錨桿對圍巖進行錨固，錨桿支護后在巖體內形成組合拱或梁，增強圍巖穩定性。但是對于結構不穩定、裂隙發育充分的圍巖，錨桿在支護中往往支護強度不足、錨固效果差等，導致錨桿支護后未改善不穩定頂板破碎現象。本文以長溝煤礦15121 進風巷為例，對破碎頂板的巷道掘進采取讓壓恒阻錨索支護，提高巷道頂板的穩定性。

1 概述

陽泉煤業集團長溝煤礦有限責任公司15121 進風巷位于井田一盤區，巷道東部緊鄰F9 正斷層（產狀：292°∠50°，H=60.0 m）和15119 工作面（回采），南部為和順縣正邦良順煤業有限公司（礦界），西部緊鄰15123 工作面（已采），北部為南回風大巷。15121 進風巷主要擔負著15121 工作面進風任務，巷道設計長度為750 m，設計斷面規格為寬×高=4.8×4.0 m，施工巷道沿15#煤層頂板掘進，15#煤層平均厚度為4.87 m。

15121 進風巷的煤層直接頂主要以泥巖、砂巖及煤混合巖層為主，總厚度為2.3 m,其中煤層厚度為0.5 m（不可采），巖體互層膠結；基本頂主要以粗砂巖、K4 灰巖為主，總厚度為11.4 m。

截 至2019 年8 月11 日15121 進 風 巷 已 掘 進469 m，預計巷道掘進至475 m 處揭露一條F3 正斷層，斷層落差為1.3 m，傾角為56°。受斷層影響，巷道掘進至460 m 處時頂板出現破碎現象，巷道掘進至465 m 處時局部頂板支護出現失效現象，原頂板錨桿支護無法滿足破碎頂板支護需求。

2 破碎頂板支護技術難題

通過對破碎頂板觀察發現，巷道在掘進時頂板出現破碎現象，但未出現離層、下沉。當巷道掘進后0～3 d 范圍內，破碎頂板開始下沉、變形，下沉時中部頂板下沉量最大，位于兩幫處頂板呈漸進式下沉。伴隨著頂板下沉，頂板巖體破碎現象加劇，頂板巖體形成圍巖松動圈，且隨著時間推移松動圈范圍不斷向巖體內部擴大。錨桿在松動圈內進行支護時支護效果相對較差，支護難度大，主要表現在以下幾方面：

（1）錨桿錨固效果差。隨著頂板巖體破碎范圍不斷擴大，當圍巖松動圈范圍擴大至錨桿錨固端時，錨固端巖體出現破碎，造成錨桿錨固劑在破碎圍巖中粘接效果差，導致錨桿錨固力達不到設計要求，錨桿失效現象嚴重。

（2）讓壓效果差。通過現場觀察發現，巷道中部頂板下沉最嚴重，最大下沉量為0.44 m。當頂板出現下沉時，頂板對錨桿拉拔作用力加強，而傳統錨桿鋼性強，讓壓效果差，無法適應頂板大變形，導致錨桿外露端安裝的鋼帶出現變形、折斷現象，與頂板接觸面積不到60%，降低了支護強度。

（3）錨桿抗應力強度低。傳統頂板采用的是長度為2.5 m、直徑為22 mm左旋無縱筋螺紋鋼錨桿，錨桿抗拉強度為360 MPa，延伸率不足3%，在大變形破碎頂板中錨桿抗應力強度較低，導致錨桿剪切破壞嚴重，出現斷裂現象。

3 讓壓恒阻錨索支護應用

3.1 支護工藝

為了解決錨桿在破碎頂板支護中出現的技術難題，決定采用讓壓恒阻錨索支護對F3 斷層附近進行支護。

（1）15121 進風巷破碎頂板采用的讓壓恒阻錨索支護主要由恒阻錨索、讓壓機構、支護托梁等部分組成。其中恒阻錨索長度為6.0 m，錨索直徑為21.6 mm；讓壓機構長度為0.3 m，讓壓范圍為0～0.25 m，承載能力為850 MPa；支護托梁長度為3.0 m，寬度為0.5 m，由厚度為5 mm鋼板制成，托梁上均勻焊制三個直徑為30 mm 圓孔，孔間距為1.2 m。

（2）15121 進風巷從470 m 處時對頂板施工讓壓恒阻錨索，采用MT-130 型錨索鉆機在巷道中部施工3 個錨索鉆孔，鉆孔深度為5.8 m。鉆孔施工后對鉆孔內錨注三根恒阻錨索，采用端頭錨固方式，錨固長度為1.5 m。

（3）恒阻錨索安裝后，左右兩根錨索外露端分別安裝一根“JW”型鋼帶，然后依次安裝托梁、讓壓機構、鋼方墊以及鎖具，采用打壓千斤頂對其進行預緊，預緊力不得低于170 kN。

（4）JW 型鋼帶長度為1.2 m，寬度為0.28 m，鋼帶上焊制兩個支護圓孔，孔間距為1.0 m，在鋼帶另一端采用長度為2.5 m左旋無縱筋螺紋鋼錨桿。如圖1 所示。

（5）讓壓恒阻錨索支護施工排距為2.0 m，其他支護與原支護設計相同，頂板采用JW 型鋼帶配套5 根左旋無縱筋螺紋鋼錨桿，取消原頂板單錨索支護。

圖1 15121 進風巷斷層破碎區讓壓恒阻錨索支護圖

3.2 支護優點

（1）支護工藝簡單。與傳統架棚、注漿等工藝相比，讓壓恒阻錨索支護工藝相對簡單。該支護可與巷道掘進同步施工，解決了傳統架棚等支護時需滯后工作面施工，導致支護不及時、支護效果差等問題。

（2）實用性強。該支護受施工環境影響小，不僅可用于采掘工作面破碎頂板條件，而且還可用于隧道等巖體工程領域中，實用性強，適用區域廣。

（3）支護效果好。讓壓恒阻錨索支護屬于主動支護，與傳統鋼棚支護相比，該支護不僅可對破碎圍巖進行高強度懸吊，而且當圍巖發生下沉、離層等變形時，該支護可通過讓壓機構起到讓壓作用，降低了圍巖應力對支護體剪切破壞作用，達到支護體對圍巖耦合支護的目的，從而大大提高支護作用。

（4）支護成本費用低。15121 進風巷破碎頂板采用的讓壓恒阻錨索支護每組價格為320 元，而取消原巷道頂板單錨索支護，與架棚支護、注漿支護相比，巷道每米破碎頂板支護成本費用可降低480元，降低了巷道掘進支護成本費用。

4 結 語

2019 年8 月18 日15121 進風巷已完全通過了斷層破碎區，破碎區長度為29 m，在破碎區頂板共

計施工15 組讓壓恒阻錨索。支護后在破碎區頂板安裝了兩臺GUD500 型數顯離層儀，間距為10 m。通過對破碎區頂板進行15 d 觀察發現，支護后0～5 d范圍內，破碎頂板變形較大，位于頂板中部最大下沉量為0.17 m；在5～8 d 范圍內隨著巷道延伸、應力釋放以及讓壓恒阻錨索支護與圍巖實現耦合作用，頂板下沉量降低；在第8 d 后頂板穩定，局部區域最大下沉量為0.19 m。采取讓壓恒阻錨索支護巷道過F3 斷層期間，頂板局部出現破碎現象但未發生頂板冒落。該支護能夠對破碎應力區頂板起到有效的支護作用，保證了巷道安全快速過斷層破碎帶。