回采面順槽應力區頂板支護技術應用

趙海生

（山西高平科興游仙山煤業有限公司，山西 高平 048400）

1 工作面概述

山西高平科興游仙山煤業有限公司15210工作面位于+810水平二采區，開采煤層為15號煤層。本工作面可采范圍北至15210工作面運輸順槽，南至15210工作面回風順槽，東至工作面切眼，西至工作面停采線。

15210工作面傾向長154.5 m，走向長872 m，平均斜面積為134 724 m2，工作面回采的15號煤層位于太原組底部，直接頂板為K2灰巖，底板為黑色泥巖或細粒砂巖，上距3號煤層約100.25 m。揭露的煤層厚度為3.20～5.16 m，平均厚4.10 m，煤層結構簡單，傾角為1°～7°，黑色，細條帶狀結構，內生裂隙發育，屬半亮型煤，屬全區穩定可采煤層。

15210工作面采用綜合機械化回采工藝，截至目前工作面已回采280 m。根據前期巷道掘進資料顯示，工作面回采至302 m處位于回風順槽側預計揭露一條F9逆斷層，斷層落差為2.4 m，傾角為42°。斷層從13號導線點以65°夾角向工作面內延伸，預計影響的回采長度為45 m，受構造應力及回采應力影響，工作面回采至270 m時回風順槽頂板出現下沉現象，位于工作面側煤壁片幫嚴重。當工作面回采至280 m處時頂板破碎嚴重，采用單體液壓支護效果差，嚴重影響著工作面的安全回采。

2 頂板聯合支護措施

為了解決15210工作面回風順槽集中應力區頂板破碎、支護失效、巷道變形嚴重等技術難題，確保工作面安全快速過應力區，決定對集中應力區頂板采取“注漿+桁架錨桿+架設雙梁T型鋼棚”的聯合支護措施。

2.1 注漿支護

為了確保巷道應力集中區域頂板的穩定性，通過在破碎頂板區鉆孔并注入漿液的方式來提高頂板的穩定性，但由于傳統馬麗散、水泥漿液等粘合劑在使用時存在粘度低、粘性差、凝固時間長的缺點，而聚氨酯的特性正好與這些粘合劑相反，因此注漿液選用聚氨酯劑。

1）當工作面推進至280 m處時，施工人員在破碎頂板頂部施工鉆孔，由于15210回風順槽寬度設計為4.0 m，決定在頂板上每排布置4個注漿孔，相鄰孔與孔的距離為1.2 m，孔的直徑與深度分別為30 mm、5 m，在施工時孔要與頂板保持30°的仰角，孔與側幫的夾角為60°。

2）當施工人員施工完第一排鉆孔后，利用高壓注漿泵將聚氨酯漿液注入鉆孔內，注漿的順序為先中部后兩側。在注漿的過程中，如發現有注漿液從煤壁中滲出時要及時停機，并對注漿孔進行封堵。

3）當第一排注漿孔全部施工完畢，并待鉆孔內的注漿液凝固后（通常為兩小時），繼續施工第二排鉆孔，兩排鉆孔的間距為2.0 m，按照以上工序依次進行注漿，直至工作面通過頂板破碎區域。

2.2 加長錨桿桁架支護

該支護主要是通過施工兩根傾斜錨桿并安裝預應拉桿來實現對頂板的支護作用，拉桿會對兩根錨桿產生一個傾斜向上的拉力，該傾斜拉力會在垂直方向產生一個應力來抵消頂板的壓力，以此來減小集中應力對頂板的破壞作用。

1）首先在頂板應力集中區域施工兩根傾斜錨桿，兩根傾斜錨桿的距離為3 m，錨桿與頂板的夾角為60°，由于該斷層區域的頂板破碎深度達2.8 m，為了確保桁架支護效果，錨桿選用長度與直徑分別為3.0 m、22 mm的左旋無縱筋螺紋鋼錨桿，每根錨桿選用兩支MSK23/35型和一支MSKC23/60型的錨固劑。

2）當錨桿安裝完畢后，在兩根錨桿間安裝一根預緊拉桿，預緊拉桿是由兩根圓鋼及一根螺紋套管構成，錨桿底端及螺紋套管分別與兩根圓鋼的兩端相連，施工人員通過旋轉螺紋套管來提高兩根圓鋼的張緊力，通常張緊力要大于250 N·m。

3）當第一組桁架支護安裝完畢后，繼續安裝第二組桁架支護，桁架支護排距為2.0 m。

2.3 架設雙梁“T”型鋼棚

工作面采用單梁矩形鋼棚支護后，由于這種支護結構的支護截面小，通常需在相鄰兩根頂梁之間架設鋼梁或木板，且要與頂板背牢，這就增加了架棚勞動作業強度。對此，15210回風順槽應力區頂板決定采用雙梁“T”型鋼棚來代替傳統的矩形鋼棚支護工藝。

1）雙梁“T”型鋼棚主要由4節“T”型工字鋼棚腿與2節槽鋼頂梁構成，根據巷道的規格，頂梁的長度設計為4.0 m，雙梁間距為0.5 m，如圖1所示，棚腿能夠根據現場情況在1~3 m的高度范圍內伸縮，相鄰鋼棚架設間距為2.0 m。

圖1 15210回風順槽集中應力區頂板雙梁T型棚支護示意圖（mm）

2）在巷道的兩側安裝“T”型鋼棚棚腿，棚腿的高度控制在2.0 m，為了確保棚腿對頂板的支護效果，“T”型鋼棚棚腿在安裝之前，施工人員要在棚腿下方的位置進行起底澆筑，澆筑的長、寬、深分別為0.3 m、0.3 m、0.2 m，并采用錨桿將棚腿與巷幫進行固定。

3）棚腿安裝完畢后使用卡槽將頂梁與棚腿進行固定，待頂梁安裝完畢后逐漸將棚腿升起，頂梁與頂板必須緊密貼合；為了使相鄰兩個鋼棚能夠起到聯鎖保護的作用，可以使用連接桿將兩個鋼棚棚腿進行固定。

3 應用效果

15210回風順槽進入頂板破碎區域后，為了監測聯合支護效果，施工人員每隔20 m對應力區頂板安裝一套頂板離層儀，并安排專人對頂板的下層情況進行觀察記錄。通過30 d現場觀察發現，在頂板應力集中較小的區域頂板下沉量為0.05 m，在頂板應力集中較大的區域頂板下沉量為0.2 m，與之前的傳統支護相比，頂板下沉量明顯減少。施工人員通過在破碎區域的頂板注漿后進行單軸抗壓實驗，效果顯示該區域的頂板強度明顯增加，這就說明以上工藝不僅能夠提高頂板的支護效果，還能有效增加頂板的穩定性，避免冒頂事故的發生。

4 結語

山西高平科興游仙山煤業有限公司通過對15210運輸順槽應力區頂板進行現場觀察，以及對圍巖破壞機理進行分析，采用“注漿+桁架錨桿+架設雙梁T型鋼棚”聯合支護措施后，有效保證了應力集中區頂板的穩定性，解決了應力區頂板破碎嚴重、支護效果差、巷道兩幫移近量大等技術難題，與傳統支設密集單體柱相比，大大降低了勞動作業強度，保證了工作面地安全回采，取得了顯著應用成效。