構(gòu)造殘余應(yīng)力區(qū)巷道支護(hù)優(yōu)化

王 強(qiáng)

（山西長平煤業(yè)有限責(zé)任公司 山西 晉城 048000）

5303底抽巷沿K7底界面作為巷道頂板掘進(jìn)，距3號(hào)煤底板平均厚度約為10 m，北部為五盤區(qū)大巷（正在布置），南部為5308工作面（尚未布置），東部為5302工作面（正在布置），西部為5304工作面（尚未布置）。

5303底抽巷設(shè)計(jì)長度為1 882 m，斷面規(guī)格為寬×高=4.2 m×4.0 m，巷道以K7底界面為頂板進(jìn)行掘進(jìn)，施工過程中嚴(yán)格以地測部現(xiàn)場標(biāo)定中線施工。預(yù)計(jì)巷道坡度為0°~10°，以激光中線控制水平掘進(jìn)方向，掘進(jìn)期間在每300~360 m左右的低洼處施工一個(gè)水倉。

5303底抽巷采用綜合機(jī)械化掘進(jìn)工藝，截至2019年4月巷道已掘進(jìn)820 m。通過現(xiàn)場觀察發(fā)現(xiàn)，巷道掘進(jìn)至800 m處時(shí)巷道頂板出現(xiàn)局部破碎，位于巷道進(jìn)向左側(cè)肩角的煤柱預(yù)留難度大且巷幫出現(xiàn)收縮現(xiàn)象，當(dāng)巷道掘進(jìn)至820 m處時(shí)頂板大面積破碎且局部肩角煤柱出現(xiàn)垮落現(xiàn)象。通過鉆探發(fā)現(xiàn)位于巷道西部45 m處存在一條F7大斷層，斷層走向與巷道走向平行，斷層對(duì)巷道影響長度預(yù)計(jì)為51 m，為了保證巷道安全且快速過斷層應(yīng)力區(qū)，分析了原支護(hù)主要存在的問題，并對(duì)原支護(hù)進(jìn)行了優(yōu)化。

1 5303底抽巷原支護(hù)設(shè)計(jì)存在的問題

1.1 原支護(hù)設(shè)計(jì)

1.1.1 頂板支護(hù)

5303底抽巷最初對(duì)頂板的支護(hù)設(shè)計(jì)采用聯(lián)合支護(hù)的方式，主要包含錨索、鋼帶、錨桿及金屬網(wǎng)等配件。頂板使用的錨桿為左旋螺紋鋼錨桿，錨桿的長度與直徑分別為2.5 m、22 mm，施工人員在頂板的每排安裝5根錨桿，相鄰錨桿的距離為0.9 m，兩排錨桿的距離為1.0 m，巷道頂板使用的鋼帶與錨桿相互配合安裝，鋼帶的長寬分別為4.2 m、150 mm。根據(jù)巷道的規(guī)格錨索采用預(yù)應(yīng)力鋼絞線，鋼絞線的長度設(shè)計(jì)為5.3 m，施工人員在頂板的每排安裝2根，相鄰鋼絞線的距離為3.0 m，兩排鋼絞線的距離為3 m，使用的棱形金屬網(wǎng)長寬分別為4.5 m、1.2 m，金屬網(wǎng)網(wǎng)格大小為50 mm。相鄰金屬網(wǎng)之間要進(jìn)行搭接，搭接距離不得低于0.2 m。

1.1.2 護(hù)幫支護(hù)

5303底抽巷原支護(hù)設(shè)計(jì)時(shí)采用單錨桿支護(hù)，主要配件有鋼帶、錨桿及金屬網(wǎng)。護(hù)幫使用的錨桿為左旋螺紋鋼錨桿，錨桿的長度與直徑分別為2.0 m、22 mm，由4根錨桿組成一排，相鄰錨桿的距離為0.9 m，兩排相鄰錨桿的距離為1.0 m，在頂板下方0.5 m處的位置施工第一根錨桿，使用的鋼帶與錨桿相互配合安裝，鋼帶的長寬分別為0.45 m、0.28 m。

1.2 原支護(hù)方式存在的弊端

1）根據(jù)地質(zhì)資料顯示，5303底抽巷頂板煤質(zhì)為碳質(zhì)泥巖，這種煤質(zhì)易導(dǎo)致巖石層與煤層間無法穩(wěn)定地膠結(jié)在一起，因此在工作面通過巷道構(gòu)造應(yīng)力區(qū)時(shí)在頂板的位置施工了一排離層鉆，但是通過離層鉆發(fā)現(xiàn)巷道在斷層處的頂板離層現(xiàn)象比較嚴(yán)重。由于巷道設(shè)計(jì)之初使用的錨桿長僅為2.5 m，此時(shí)錨桿的錨固段恰好處于煤層中，錨桿無法對(duì)頂板起到較好的懸吊作用，支護(hù)效果差。

2）巷道在通過構(gòu)造應(yīng)力區(qū)時(shí)，斷層附近的三角煤柱出現(xiàn)了較嚴(yán)重的下沉，尤其是斷層側(cè)頂板與煤壁中間的頂板漏頂現(xiàn)象嚴(yán)重，而原設(shè)計(jì)未對(duì)該處的頂板進(jìn)行合理有效支護(hù)，使得工作面在進(jìn)入此區(qū)域后無法對(duì)該處的頂板進(jìn)行有效支護(hù)，阻礙了工作面的正常推進(jìn)。

3）巷道在通過構(gòu)造應(yīng)力區(qū)時(shí)，斷層附近的側(cè)巷幫也出現(xiàn)了破碎區(qū)域，甚至出現(xiàn)煤壁大面積片幫現(xiàn)象，最大片幫的長度達(dá)到1.0 m，嚴(yán)重威脅到施工人員的生命安全，而原設(shè)計(jì)未對(duì)該處的護(hù)幫進(jìn)行合理有效支護(hù)。

2 構(gòu)造應(yīng)力區(qū)巷道圍巖支護(hù)優(yōu)化

2.1 巷道頂板支護(hù)優(yōu)化

1）當(dāng)掘進(jìn)工作面推進(jìn)至斷層區(qū)域時(shí)，采用長度為4.0 m的錨索代替原來的錨桿，采用2支MSC23/60型、1支MSCK23/35型的錨固劑進(jìn)行錨固，確保錨索的錨固端位于頂板巖石層內(nèi)，增加錨索對(duì)頂板的懸吊效果。相鄰錨索的距離為0.9 m，兩排相鄰錨索的距離為1.0 m，同一排錨索外露端安裝一根長度為3.2 m的“JW”型鋼帶。

2）優(yōu)化后的頂板錨索采用長度為8.3 m、直徑為21.8 mm的預(yù)應(yīng)力鋼絞線，每排安裝3根錨索，相鄰錨索的距離為1.8 m，兩排相鄰錨索的距離為2.0 m，使用的棱形金屬網(wǎng)長寬分別為6 m、1.2 m。斷層區(qū)域破碎嚴(yán)重的側(cè)巷幫可以根據(jù)破碎情況將金屬網(wǎng)延伸。

2.2 巷道三角煤柱支護(hù)優(yōu)化

為了提高巷道三角煤柱穩(wěn)定性，決定對(duì)巷道肩角處安裝“L”型鋼帶及角錨索。

1）“L”型鋼帶長短邊的長度分別為2.0 m、1.5 m，并在長短邊施工兩個(gè)圓孔，孔徑設(shè)計(jì)為25 mm，在巷道的頂板位置安裝短邊，并在巷道斷層區(qū)域的側(cè)巷幫安裝長邊，之后再使用錨桿對(duì)鋼帶進(jìn)行固定。

2）角錨索主要施工在頂板與巷幫的夾角位置，根據(jù)巷道破碎情況，至少采用長度4.0 m的角錨索才能起到較好的懸吊作用，相鄰角錨索的距離為1.0 m，待角錨索安裝完畢后采用長為0.6 m的鋼梁對(duì)角錨索進(jìn)行預(yù)緊。

2.3 巷幫支護(hù)優(yōu)化

為了降低應(yīng)力區(qū)側(cè)巷幫的收縮量，決定對(duì)應(yīng)力區(qū)側(cè)巷幫安裝T型鋼棚，以避免巷幫出現(xiàn)片幫現(xiàn)象。

1）為了確保巷道在掘進(jìn)時(shí)破碎區(qū)域的側(cè)巷幫不發(fā)生大面積片幫，施工人員需在該區(qū)域安裝若干架“T”鋼棚，相鄰鋼棚的距離為1.0 m，并將頂梁架設(shè)在相鄰兩架鋼棚之間。

2）在鋼棚安裝完畢后，為了確保鋼棚能對(duì)巷幫提供有效支護(hù)，施工人員還需在鋼棚與巷幫加裝水泥背板。水泥背板的長寬分別是1.2 m、0.3 m，填充的水泥背板要與煤壁緊密貼實(shí)，支護(hù)優(yōu)化斷面如圖1所示。

圖1 5303底抽巷構(gòu)造殘余應(yīng)力區(qū)圍巖支護(hù)優(yōu)化斷面示意圖（未標(biāo)單位：mm）

3 結(jié)論

截至2019年4月22日5303巷已掘進(jìn)870 m，巷道完全過F7斷層殘余應(yīng)力區(qū)，通過對(duì)殘余應(yīng)力區(qū)巷道圍巖支護(hù)進(jìn)行優(yōu)化，取得了顯著應(yīng)用成效。

1）對(duì)應(yīng)力區(qū)巷道頂板的傳統(tǒng)錨桿支護(hù)進(jìn)行優(yōu)化為錨索支護(hù)后，巷道在后期掘進(jìn)過程中有效避免了頂板破碎現(xiàn)象的發(fā)生，頂板未出現(xiàn)冒落，防止了應(yīng)力區(qū)出現(xiàn)巷道頂板支護(hù)失效的現(xiàn)象。

2）對(duì)巷道肩角煤柱安裝L型鋼帶后加強(qiáng)了肩角煤柱的支護(hù)強(qiáng)度，提高了肩角煤柱整體穩(wěn)定性，有效防止了因應(yīng)力剪切破壞所導(dǎo)致的肩角煤柱垮落現(xiàn)象。

3）對(duì)巷幫煤柱安裝T型鋼棚后有效控制了巷幫受殘余應(yīng)力水平拉伸的破壞作用，防止了應(yīng)力區(qū)圍巖松動(dòng)圈擴(kuò)大以及巷幫收縮。通過后期巷道掘進(jìn)期間觀察發(fā)現(xiàn)，巷幫安裝T型鋼棚后巷幫收縮量由原來的0.44 m降低為0.12 m。