錨桿架棚支護(hù)技術(shù)在破碎頂板中的應(yīng)用

吳曉峰

（晉能控股煤業(yè)集團(tuán)有限公司， 山西 大同 037001）

引言

煤礦在開(kāi)采作業(yè)時(shí)會(huì)出現(xiàn)較多的安全問(wèn)題，這些問(wèn)題一直制約著礦井正常工作的開(kāi)展。隨著我國(guó)現(xiàn)代化水平的提高，對(duì)于煤炭的需求量也越來(lái)越大，掘進(jìn)巷道也逐漸向礦井深處延伸，然而由于巷道深處煤層煤質(zhì)發(fā)生變化，頂板破碎、下沉、巷道圍巖、地質(zhì)構(gòu)造應(yīng)力等危險(xiǎn)因素較多，員工的生命得不到保障。所以對(duì)于采掘工作面圍巖采取合理有效的支護(hù)技術(shù)，對(duì)煤礦安全高效開(kāi)采具有重要意義，本文以大斗溝煤礦5201 巷為例，對(duì)巷道過(guò)應(yīng)力區(qū)采用了錨桿架棚支護(hù)技術(shù)。

1 大斗溝煤礦5201 巷概述

大斗溝煤礦5201 巷位于井田三盤(pán)區(qū)，北東部為山2 號(hào)層盤(pán)區(qū)巷，北西部為8202 設(shè)計(jì)工作面，南東為8206 設(shè)計(jì)工作面，南西為山2 號(hào)煤層可采邊界。

5201 巷設(shè)計(jì)長(zhǎng)度為1 780 m，巷道設(shè)計(jì)斷面規(guī)格為寬×高=5.2 m×3.6 m，巷道掘進(jìn)煤層為2 號(hào)煤層，平均煤層厚度為2.71 m，煤層含夾矸1～2 層（0.15～0.4）。煤層走向北西，傾向南東，煤層結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，2 號(hào)煤層在偽頂主要以泥巖為主，平均厚度為0.3m，直接頂主要以粉細(xì)砂巖為主，平均厚度為12 m，基本頂主要以中粗砂巖為主，平均厚度為15 m。

5201 巷采用綜合機(jī)械化掘進(jìn)，截止目前巷道已掘進(jìn)520 m，巷道掘進(jìn)至535 m 處位于巷道北側(cè)24 m存在一條X4 陷落柱，陷落柱長(zhǎng)軸長(zhǎng)度為36 m，短軸長(zhǎng)為19 m，該陷落柱對(duì)巷道掘進(jìn)影響長(zhǎng)度為32 m，巷道掘進(jìn)至515 m 處進(jìn)入X4 陷落柱應(yīng)力區(qū)，受陷落柱應(yīng)力影響，巷道在前期掘進(jìn)過(guò)程中頂板出現(xiàn)破碎、片幫現(xiàn)象，并及時(shí)采用密集錨網(wǎng)索進(jìn)行維護(hù)，但是實(shí)際應(yīng)用效果周期相對(duì)較長(zhǎng)，無(wú)法滿足應(yīng)力區(qū)巷道支護(hù)要求[1-2]。

2 傳統(tǒng)支護(hù)主要存在的問(wèn)題

2.1 傳統(tǒng)單一錨網(wǎng)支護(hù)的問(wèn)題

傳統(tǒng)支護(hù)工藝主要是采用錨網(wǎng)對(duì)巷道頂板進(jìn)行支護(hù)，比較適用于大多數(shù)頂板平整性較好的工作面，然而對(duì)于5201 巷軟薄巖頂板的支護(hù)效果較差，特別是該巷道掘進(jìn)巷道斷面較大，軟薄巖的節(jié)理發(fā)育破碎很容易引起支護(hù)失效而發(fā)生頂板下沉的情況；在進(jìn)行錨索支護(hù)的過(guò)程中，由于鉆孔涌水量較大導(dǎo)致施工難度大，傳統(tǒng)錨網(wǎng)索支護(hù)方式已經(jīng)無(wú)法滿足支護(hù)要求。

2.2 單一架棚支護(hù)的問(wèn)題

由于5201 巷復(fù)合頂板壓力較大，采用工字鋼棚對(duì)頂板進(jìn)行支護(hù)時(shí)無(wú)法抵消頂板壓力而發(fā)生離層，隨著頂板壓力越來(lái)越大，工字鋼棚會(huì)出現(xiàn)棚腿變形的情況，給施工人員后期的維護(hù)造成較大的工作量，導(dǎo)致掘進(jìn)工作面推進(jìn)速度緩慢，再加上工字鋼棚的費(fèi)用投入較大，因此架設(shè)鋼棚無(wú)法滿足快速掘進(jìn)的需求。

3 錨桿架棚支護(hù)技術(shù)應(yīng)用

為了提高5201 巷過(guò)應(yīng)力區(qū)頂板穩(wěn)定性，防止巷道頂板出現(xiàn)垮落事故，決定對(duì)巷道采取錨桿架棚支護(hù)技術(shù)，如下頁(yè)圖1 所示。

3.1 支護(hù)作用原理

當(dāng)掘進(jìn)巷道頂板壓力增大時(shí)，由于工字鋼棚的支撐能力較低，頂板的變形下沉量會(huì)增大，工字鋼棚無(wú)法對(duì)下沉的頂板進(jìn)行有效支護(hù)，這種支護(hù)方式只能對(duì)頂板的離層起到被動(dòng)支護(hù)，一旦掘進(jìn)巷道頂板下沉嚴(yán)重時(shí)，工字鋼棚的棚腿會(huì)發(fā)生變形或斷裂；采用錨網(wǎng)支護(hù)能夠有效地對(duì)巷道圍巖進(jìn)行加固，提高頂板支撐的承載力，這種支護(hù)方式雖然屬于主動(dòng)支護(hù)，但是不適用于軟薄型復(fù)合頂板。采用聯(lián)合支護(hù)的方式不僅利用錨網(wǎng)支護(hù)進(jìn)行加固，而且還能使用鋼棚對(duì)頂板進(jìn)行支護(hù)，既能夠?qū)ο锏绹鷰r進(jìn)行加固，又能進(jìn)行支撐，剛?cè)岵?jì)，不論從技術(shù)上還是實(shí)際上都非常適用于軟薄復(fù)合頂板。

3.2 支護(hù)參數(shù)

1）錨網(wǎng)支護(hù):采用長(zhǎng)度與直徑分別為2.0 m、22 mm 左旋螺紋鋼錨桿，并為每個(gè)錨桿配套兩卷型號(hào)為S2360、Z2360 樹(shù)脂藥卷，相鄰錨桿的距離控制在0.6～0.9 m 之間，相鄰兩排錨桿的距離為0.7 m，之后再使用金屬網(wǎng)及鋼帶對(duì)頂板進(jìn)行支護(hù)。巷道兩側(cè)的錨桿采用長(zhǎng)度與直徑分別為2.5 m、22 mm 鋼錨桿，并為每個(gè)錨桿配套一卷型號(hào)為S2360 樹(shù)脂藥卷，相鄰錨桿間距與排距均為1.0 m，如圖1 所示。

圖1 5201 巷應(yīng)力區(qū)頂板錨桿架棚支護(hù)斷面示意圖（單位：mm）

2）工字鋼棚主要由工字鋼梁搭建而成，相領(lǐng)工字鋼棚的距離為1.0 m，棚梁與棚腿的距離分別5.2 m、3.6 m，掘進(jìn)工作面滯后10 m 的位置安裝工字鋼棚。

3.3 施工工藝

為了確保采用聯(lián)合支護(hù)后的設(shè)備能夠?qū)敯寮皞?cè)幫起到較好的支護(hù)效果，還需參考安裝的時(shí)間、地點(diǎn)等因素，使每個(gè)支護(hù)設(shè)備能夠起到相互配合的作用。具體的支護(hù)流程如下：鉆頂炮孔—鋪設(shè)金屬網(wǎng)、安裝鋼帶—安裝頂錨桿—清理浮煤—鉆幫炮孔—安裝頂錨桿—進(jìn)工作面滯后10 m 的位置安裝工字鋼棚[3-5]。

4 結(jié)論

針對(duì)5201 巷傳統(tǒng)支護(hù)主要存在的不足，通過(guò)采用錨桿架棚聯(lián)合支護(hù)后，有效地提高了頂板的支護(hù)能力，避免了傳統(tǒng)工藝較多的弊端。錨桿鋼棚聯(lián)合支護(hù)工藝主要優(yōu)點(diǎn)有:

1）對(duì)于比較難支護(hù)的軟薄型復(fù)合頂板具有較好的使用效果且工藝簡(jiǎn)單。

2）與傳統(tǒng)支護(hù)工藝相比，大大降低了工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，后期維護(hù)量少。

3）大大降低支護(hù)費(fèi)用的支出，后期棚腿更換量少，能夠節(jié)約較多的費(fèi)用。