8803 軌道順槽二合頂支護技術研究

姜 華 呂高磊

（1.山東新查莊礦業有限責任公司，山東 肥城 271612；2.山東科技大學，山東 青島 266000）

1 概況

查莊煤礦八層煤厚1.50～2.5 m，均厚2.1 m，煤層上部含褐黑色炭質細砂巖夾石，厚度0～0.60 m，均厚0.3 m，屬于結構復雜、厚度穩定的中厚煤層。該煤層直接頂板為第四層石灰巖，厚度4.13～5.63 m，均厚約5.2 m，含薄層狀泥質粉砂巖，裂隙較為發育。八層煤直接頂板與煤層之間分布著一層厚0～1.0 m石灰巖“二合頂”，與直接頂離層明顯，兩者之間夾有1～5 cm 煤線，在開始揭露及回柱過程中極易脫落，必須采取針對性的技術措施[1-5]。

2 基于懸吊理論的參數計算

巷道開挖后，圍巖原有的三向應力平衡狀態被打破，直接頂板彎曲下沉，容易發生冒頂事故。懸吊理論就是通過錨桿等支護措施，將破碎、松動的巖層懸吊到深部穩定巖層。以二合頂厚度0.5 m 為例，計算支護參數如下：

（1）錨桿長度計算

式中：L為錨桿長度，m；H為二合頂厚度，0.5 m；K為安全系數，取K=1.5；L1為錨桿錨入穩定巖層的深度，取0.6 m；L2為錨桿在巷道中的外露長度，一般取0.15 m。則L=1.5 m，采用規格為Φ18 mm×L1600 mm 的螺紋錨桿符合支護要求。

（2）錨桿間距、排距計算

式中：a為錨桿間排距，m；Q為錨桿設計錨固力，每根64 kN；H為二合頂高度，m；R為被懸吊巖層的重力密度，取24.99 kN/m3；K為安全系數，取K=1.5。

根據以上計算，支護方案的間排距設為1200 mm×1500 mm，符合支護要求。

3 二合頂支護方案

3.1 臨時支護方案

工作面一旦揭露二合頂，應先進行臨時支護，保證安全后再順著裂隙、層理確定二合頂范圍，不得硬刨強挖。臨時支護采用3 根前探支架臨時護頂。前探支架采用15 kg/m 鋼軌作挑梁，長度不少于4.0 m，相鄰兩根前探梁間距1.2 m（±100 mm）。前探支架采用40T 型刮板輸送機鏈條、聯接環和螺絲聯接，用木楔加緊，吊掛前探支架的棚子必須背頂幫牢固，撐木齊全有效，每根前探梁固定點不少于3 個。梁以上采用8 根木棒接頂，并用木楔打牢，控制前探部分頂板。木棒規格為長×寬×厚=1200 mm×60 mm×40 mm。

3.2 永久支護方案

根據揭露二合頂的厚度，采取不同的處理方式：如遇厚度小于0.5 m 的二合頂時，進行強制放頂；如無法進行放頂時或二合頂厚度大于0.5 m，則采取必要的永久支護，保證頂板穩定以及巷道的正常使用。支護設計圖如圖1。

圖1 支護設計圖（mm）

（1）當頂板揭露二合頂，且二合頂裂隙不明顯，邊緣部分無風化、不破碎，便于錨桿、錨索支護時，采取以下支護方式：二合頂厚度小于0.5 m 時，在其預留茬處打錨桿支護，Φ18 mm×L1600 mm螺紋鋼錨桿，每排4 根，間排距為1200 mm×1500 mm，木托盤規格為300 mm×180 mm×40 mm；如果二合頂大于0.5 m，采用Φ18 mm×L1800 mm 螺紋鋼錨桿進行支護，每排布置4 根，間排距為1000 mm×1200 mm。錨桿根據現場實際情況適當加長，以確保錨桿錨入穩定巖層的長度不小于0.6 m。每根錨桿用2 塊樹脂錨固劑錨固，預緊力矩為200 N·m，錨固力為64 kN（17.9 MPa）。

（2）當揭露二合頂情況較為復雜，二合頂邊緣風化且破碎，不利于維護時，采用架棚支護。棚子采用礦用11#工字鋼成品梯形棚，規格為棚腿×棚頂×棚腿=2.5 m×3.4 m×2.5 m，棚距0.8 m，背頂棒8 根，背幫棒每側2 根，撐棒每側2 根。

4 支護效果監測

4.1 二合頂離層情況監測

通過安裝圍巖移動傳感器，監測二合頂范圍內頂板離層情況，監測數據如圖2。

圖2 不同厚度二合頂離層曲線

4.2 支護結構受力情況監測

采用錨桿應力傳感器監測錨桿受力情況，確定錨桿是否正常工作，判斷是否需要增強支護措施，監測結果如圖3。

圖3 不同錨桿監測點受力變化曲線

4.3 監測結果分析

通過分析監測數據發現：在采取設計的支護措施后，頂板變形量控制在設計范圍之內，頂板保持穩定，支護結構受力正常，支護方案有效地控制了圍巖變形。

5 結論

（1）采用前探支架臨時支護的方案，在二合頂初次揭露時及時控制頂板離層，為打設永久支護提供條件。

（2）永久支護采用Φ18 mm×L1600 mm 錨桿，間排距1200 mm×1500 mm，根據二合頂厚度適當調整錨桿長度及間排距，確保錨桿錨入穩定巖層的深度不小于0.6 m。

（3）實時監測證明，支護方案有效控制了頂板變形，保障了安全生產，提高了經濟效益。