JW 型錨索棚在巷道過斷層中的應用

賈林旺

（山西焦煤霍州煤電集團呂梁山煤電有限公司方山店坪煤礦， 山西 呂梁 033102）

1 店坪煤礦2062 巷概述

店坪煤礦2062 巷位于井田二采區東翼，工作面東至井田邊界，南為呂梁環城高速保護煤柱，西為+830 m 水平系統大巷，北與9-204 工作面采空區相鄰。巷道設計長度為1 724 m，巷道斷面規格為寬×高=4.8 m×3.0 m，巷道掘進煤層為9 號層，平均厚度為3.1 m。

2062 巷采用綜合機械化掘進工藝，截止目前巷道已掘進至500 m，根據《店坪煤礦2062 巷掘進作業規程》提供資料顯示，巷道掘進至510 m 處將揭露一條F6 逆斷層，斷層落差為2.4 m，傾角為45°，受斷層影響巷道掘進至495 m 處頂板開始出現破碎現象，原巷道頂板支護失效現象嚴重，局部巷道頂板出現冒漏，針對這一技術難題，店坪煤礦為了彌補傳統支護的不足，決定對巷道過斷層期間提出了“JW 型錨索棚”支護，確保巷道安全過F6 斷層影響區決定對巷道采取JW 型錨索棚支護。

2 巷道采用原支護設計及存在的問題

2.1 原方案設計

為了有效避免巷道頂板發生破碎，通過采用聯合支護的方式能夠有效維護頂板，聯合支護采用的材料主要有錨桿、鋼帶及鋼棚。

1）首先要在頂板施工6 個鉆孔，并在每個鉆孔內分別插入一根2.5 m 長的無縱筋錨桿，相鄰錨桿的距離為0.9 m，相鄰兩排錨桿的距離為1.0 m，施工完畢后對錨桿的預緊力進行測試，確保每根錨桿的預緊力不得低于200 N·m。

2）通過 6 根錨桿將長、寬、厚分別為 4.8 m、0.15 m、3 mm 的鋼帶固定在頂板上，并使用邊長為0.1 m 的正方形拱形墊片將錨桿與鋼帶固定，并用螺母將其進行緊固。

3）根據巷道斷面尺寸，鋼棚頂梁主要是由三根工字鋼梁焊接組成，并通過卡纜將棚腿與頂梁進行緊固，相鄰兩個鋼棚的安裝距離為1.2 m。

2.2 存在的問題

1）由于該巷道為軟薄巖復合頂板，且頂板破碎比較嚴重，采用傳統的支護方式很難對頂板進行有效支護，再加上采動影響及巷道構造應力的作用，巷道頂板很容易發生離層，情況嚴重時會造成巷道頂板錨桿由于承載力低而斷裂。根據地質資料顯示該巷道頂板預留著2.6 m 厚的煤層，而傳統的支護錨桿由于長度僅為2.5 m，無法使錨桿錨固端插入堅硬的巖石層中，從而導致錨固力不能達到支護要求[1-2]。

2）前期巷道采用工字鋼棚對頂板進行支護，但這種被動支護方式仍會出現頂板深層離層的情況，再加上工字鋼棚頂梁較長，一旦頂板壓力過大很容易出現棚腿變形的情況，棚腿變形后更換難度較大且成本較高。

3）采用傳統的支護方式，掘進工作面每推進一定尺寸后需要進行一輪作業，主要工序為頂板鉆孔、安裝鋼帶、架設鋼棚等，在固定的時間內完成以上所有工序不僅會給工作人員造成巨大的勞動強度，還會由于工序復雜影響掘進進度，造成后期工作面推進工期較緊。

3 JW 型錨索棚支護應用

3.1 施工工藝

1）通過對錨桿、錨索的規格進行重新設計來保障錨固端能夠插入堅硬的巖層內，從而確保錨桿及錨索能夠對頂板進行有效支護，此外還通過加大支護設備與頂板的截面積對頂板進行支護。JW 型錨索棚支護主要是由一根“V”型頂梁、兩根槽鋼、五根錨索及一根“JW”型頂梁組成。根據巷道斷面規格，設計的頂梁的長為5.0 m，寬為0.35 m，厚為6 mm，并在頂梁上均勻施工五個鉆孔；槽鋼采用3.6 m 長的高強度鋼材，錨索的直徑與長度分別為21.6 mm、5.5 m。為了能夠有效監控頂板的變形量，還需將變形監測儀安裝在頂梁上，如圖1 所示。

圖1 2062 巷斷層破碎區JW 型錨索棚支護斷面示意圖（單位：mm）

2）在頂板破碎嚴重或明顯下沉的位置鉆一排直徑與深度分別為30 mm、5.5 m 的鉆孔，并確保鉆孔保持在一條直線上且與巷道垂直，相鄰兩個鉆孔的距離控制在1.1 m，以上工序全部完成后將錨索與錨固劑分別插入鉆孔，并用錨索鉆機對錨索進行緊固，緊固后的錨固力要安排專人進行測定，確保每根錨索的錨固力大于170 kN，外露長度在0.15～0.25 m之間。

3）將“JW”頂梁安裝在錨索外露端，并采用邊長為0.3 m 的正方形方墊及鎖具對錨索進行緊固，緊固后的預緊力要安排專人進行測定，并確保每根頂梁與頂板之間不存在較大間隙。

4）使用卡纜將頂梁與棚腿進行緊固，將兩根棚腿與中間位置的錨索外露端分別與“V”型梁固定后進行拉伸預緊。根據巷道破碎的長度，相領錨索棚架的安裝距離不得大于1.0 m，支護范圍需要覆蓋所有破碎帶。

3.2 應用效果分析

1）傳統的支護方式不僅工序復雜而且后期維護費用較大，JW 型錨索棚支護后只需15 架可對破碎頂板進行支護，JW 型錨索棚支護時工序較少，只需要4 個人/班就能完成三個支護循環，大大提高了掘進工作面的推進速度，節約支護成本費用達6.5萬元。

2）JW 型錨索棚支護既是被動支護又是主動支護，能夠避免工字鋼棚這種被動支護方式導致的支護效果差的現象，大大提高復合頂板破碎區域的支護效果，根據對安裝在頂梁的變形儀進行觀察，發現采用JW 型錨索棚支護后頂板下沉量控制在0.15 m以下，而且后期鋼棚棚腿的變形小，能夠降低后期棚腿的更換費用及時間[3-5]。

4 結語

店坪煤礦對2062 巷斷層區頂板支護進行合理優化，采用JW 型錨索棚支護，通過實際應用效果來看，該支護滿足破碎頂板支護要求，可大大提高破碎頂板穩定性，控制了破碎頂板變形、下沉現象，取得了顯著的應用成效。