撞楔超前支護在巷道構造應力區中的應用

王曉強

（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 方山店坪煤礦概述

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2042巷位于二采區左翼，巷道東部為井田邊界，西部為水平大巷，南部為206工作面，北部為202采空區。

2042巷掘進煤層為9號層，煤層平均厚度為2.8 m，巷道掘進斷面規格（寬×高）為4.6 m×3.0 m，巷道沿9號煤層頂板掘進，巷道設計長度為1 775 m，截止目前巷道已掘進1 207 m。

2042巷掘進至1 212 m處揭露一條F7正斷層，斷層落差為1.4 m，傾角為52°，巷道掘進至1 200 m處進入該斷層影響區，巷道進入斷層影響區后巷道頂板出現破碎現象，且隨著巷道延伸，頂板出現超前破碎現象，原頂板永久支護無法滿足支護要求，為了保證2042巷能夠安全快速過F7斷層應力區，決定對應力區巷道頂板施工撞楔超前支護。

2 2042巷原頂板支護設計及問題分析

2.1 原支護設計

1）2042巷原頂板主要采用錨桿及錨索進行聯合支護，將長為2.0 m的錨桿按照一排5根的方式安裝在頂板上，相鄰錨桿之間的距離為1.0 m，相鄰兩排錨桿之間的距離為1.0 m，并與長、寬分別為0.5 m、0.2 m的水泥托板配套安裝。

2）頂板錨索采用長度為5.0 m，直徑為17.8 mm預應力鋼絞線，每排2根，錨索間距為1.8 m，排距為3.0 m，每根錨索外露端安裝一根長度及寬度為0.3 m鋼托板，并采用鎖具進行預緊。

3）每根錨桿采用一支長度為35 mm快速錨固劑錨固，錨桿預緊力不得低于150 N·m；每根錨索配套兩支錨固劑，一支快速錨固劑長度為0.35 m，一支中速錨固劑長度為0.6m，錨索預緊力不得低于170 kN。

2.2 原支護問題分析

1）由于2042巷巷寬為4.6 m，如按照每排5根錨桿對頂板進行支護已經無法滿足支護要求，而且由于水泥托板抗壓強度低，很容易在構造應力及采用影響下發生斷裂，影響巷道頂板的支護效果。

2）根據地質資料顯示該巷道的直接頂主要以泥巖為主，平均厚度為1.7 m，而采用的錨桿長度僅為2.0 m，由于錨桿較短，錨桿的錨固端處于直接頂與偽頂的交界位置，未能插入堅硬的巖石內，無法對巷道頂板起到有效的懸吊作用，一旦斷層帶的直接頂出現破碎后，很容易導致錨桿失效現象[1-2]。

3）傳統的支護方式只能對頂板的局部區域進行支護，在遇到頂板大面積破碎時很難發揮較好的支護效果，同時巷道掘進期間未隨時根據頂板的破碎情況采取超前支護。

3 撞楔超前支護的應用分析

根據對傳統支護工藝的不足進行分析，為了能夠對破碎區域頂板進行合理有效的支護，研究決定對2042巷斷層附近破碎頂板采取撞楔超前支護。

1）每組撞楔支護主要由若干根長度與直徑分別為3.5 m、30 mm螺紋鋼錨桿及端頭卡纜構成。

2）在揭露斷層帶前10 m處頂板位置施工一排深度為3.0 m的鉆孔，并按照十孔一排進行施工，相鄰鉆孔的距離為0.4 m，鉆孔的施工方向與工作面垂直。

3）超前支護孔施工完后將型號為35、60兩支錨固劑分別安裝在每個鉆孔內，并采用手持式鉆機將3.5 m長的螺紋鋼錨固在鉆孔內[3]。

4）待錨固結束后，在超前錨桿外露端頭0.3 m處施工固定錨桿，并采用卡纜將錨桿進行固定，緊固后的錨桿預緊力進行檢測，確保每根錨桿的預緊力大于150 N·m。

5）第一排撞楔支護安裝完畢后掘進工作面繼續推進，第二排撞楔支護與第一排撞楔支護的距離為2.0 m且兩排撞楔支護交錯布置，交錯距離為1.0 m，如圖1所示。按照這樣的規律進行支護，直到工作面完全通過斷層帶區域后方可停止。此外，為了能夠更好地加強永久支護的效果，需對之前的永久支護工藝進行改造：將原來的錨桿更換為長為3.0 m的錨桿，將錨桿由原來的的5根增加為6根，并用鋼帶對錨桿進行緊固；將原來的錨索更換為長為8.3 m的鋼絞線，將錨索由原來的兩根增加為三根，相鄰錨索之間的距離保持1.5 m，相鄰兩排錨索之間的距離保持2.0 m，并在同一排錨索外露端安裝一根長度為3.2 m槽鋼；錨桿及錨索的錨固劑由原來的的慢速型更換為超快型。錨桿的兩支錨固劑為35型及60型，錨索的錨固劑為一支35型及兩支60型[4-5]。

4 結論

2042巷在過斷層期間采用傳統的支護方式頂板出現破碎、離層及冒頂的現象，對工作面的推進速度及人員的安全造成巨大的隱患，店坪煤礦通過對前期支護方式存在的問題進行分析，針對巷道的具體情況采取撞楔超前支護及更換錨桿、錨索的規格等一系列的措施加強應力區巷道頂板支護，通過實際應用效果來看，巷道支護優化后，巷道在后期掘進中未發現頂板大面積破碎以及支護失效現象，有效保證了斷層應力區頂板整體的穩定性，加快了巷道掘進速度，取得了顯著的應用成效。

圖1 2042巷過斷層期間撞楔超前支護平面示意圖（單位：mm）