復(fù)合頂板切頂缷壓自動成巷超前補強支護方式選擇

張龍輝

(山西焦煤霍州煤電集團公司店坪煤礦，山西 呂梁 033100)

切頂卸壓自動成巷無煤柱開采技術(shù)是何滿潮院士在2009年提出的，2010年在川煤白膠礦首次應(yīng)用，實現(xiàn)了無煤柱開采。該技術(shù)采用爆破技術(shù)預(yù)裂頂板，利用采空區(qū)礦山壓力沿空切頂，形成短臂梁頂板對上覆老頂巖體的支撐結(jié)構(gòu)，控制老頂?shù)幕剞D(zhuǎn)和下沉變形，實現(xiàn)卸壓作用；切落的頂板巖體形成巷幫，從而保留工作面下順槽，作為鄰近工作面上順槽。

在切頂卸壓自動成巷無煤柱開采施工過程中，超前錨索補強支護是很關(guān)鍵的一個環(huán)節(jié)，支護強度的強弱直接影響留巷效果。支護強度強，增加支護成本；支護強度弱，留巷段頂板下沉量大，留巷效果差。

1 工程地質(zhì)條件

店坪煤礦5-302工作面位于830水平三采區(qū)左翼，走向長度為1875m，傾向長度為220m，煤層平均厚度為3.1m，煤層傾角為0～9°，平均坡度為4°。直接頂為細砂巖，平均厚度為7.4m，裂隙發(fā)育程度低；老頂為深灰色砂質(zhì)泥巖，平均厚度為5.6m。直接底為砂質(zhì)泥巖，平均厚度為6.2m，硬度較軟，遇水膨脹軟化程度小。老底為灰褐色細砂巖，平均厚度為2.0m。

2 巷道原支護方式

5-302工作面回風(fēng)順槽原巷道斷面為矩形，毛寬4.6m，凈寬4.4m，毛高3.1m，凈高3.0m，毛斷面14.26m2，凈斷面13.2m2，采用錨網(wǎng)梁+錨索聯(lián)合支護，頂錨桿采用Φ20×2000mm左旋螺紋高強錨桿“五、五”布置，間距為1075mm，排距為1000mm，每根錨桿使用CK2340、Z2388型樹脂錨固劑各一條進行錨固，錨梁采用4.4m×5眼鋼帶；幫錨桿采用Φ16×1500mm普通圓鋼錨桿“三、三”布置，間距為1200mm，排距為1000mm，最上一根幫錨桿距頂300mm，每根錨桿使用一條CK2340型樹脂錨固劑錨固，錨梁采用2.5m×3眼鋼帶。錨索采用Φ18.9×6200mm的鋼絞線“二、二”布置，間距1600mm，距幫1500mm，排距3000mm，每根用CK2340、Z2388型錨固劑各兩條。網(wǎng)采用1.05×9.8m的黑色菱形網(wǎng)。

3 超前頂部補強錨索支護方式

在復(fù)合頂板開展切頂卸壓自動成巷無煤柱開采施工中，頂板的有效控制是留巷成功的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一，為了有效控制頂板下沉量，在選用恒阻大變形錨索作為關(guān)鍵支護設(shè)備的基礎(chǔ)上，根據(jù)錨索錨固在穩(wěn)定頂板1.5m處的原則，確定錨索長度為13000mm，為找到更加有效、經(jīng)濟的支護方案，對各支護方案各施工100m進行試驗驗證。

方案一：在原支護的基礎(chǔ)上，在切縫側(cè)補強一根恒阻大變形錨索，距幫500mm，間距1000mm，相鄰恒阻大變形錨索之間采用W鋼帶連接；中部恒阻大變形錨索在巷道中間布置，排距1500mm。

方案二：在方案一的基礎(chǔ)上，增大實體幫支護，在頂部補強一列恒阻大變形錨索，距幫500mm，間距1000mm。在幫部補強一排幫錨索，錨索距頂1500mm，間距2000mm，向上與巷幫成45°角，錨索采用Φ18.9×4300mm。

方案三：在原支護上，在切縫側(cè)補強2列恒阻大變形錨索，第一列恒阻大變形錨索距幫500mm，間距1000mm，第二列恒阻大變形錨索距幫1000mm，間距1000mm，2列恒阻大變形錨索均采用W鋼帶連接，插花布置。中部恒阻大變形錨索在巷道中間布置，排距1500mm。實體幫采用2排幫錨索進行支護：第一排幫錨索距頂板1000mm，向上與巷幫成45°角，間距2000mm，錨索采用Φ18.9×4300mm，每2根錨索采用一塊規(guī)格=2200×3×3眼的W鋼帶進行聯(lián)合支護；第二排幫錨索距頂板2000mm，與第一排幫錨索插花布置，間距為2000mm，錨索長度6300mm。

方案四：方案四是在方案三的基礎(chǔ)上，將第二列恒阻錨索與中部普通錨索進行對調(diào)，并去掉第二列恒阻錨索W鋼帶。

4 應(yīng)用效果

為有效地對留巷效果進行監(jiān)測，在巷道內(nèi)每20m標定1個測點，采用YHU200礦用本安型頂?shù)装逡平勘O(jiān)測儀及“十”字法進行監(jiān)測。根據(jù)數(shù)據(jù)監(jiān)測，各方案的成巷效果如下：

方案一：成巷平均斷面寬×高=3.0m×2.0m；其中頂板下沉62cm，底板變化48cm，切縫側(cè)幫臌34cm，實體幫幫臌126cm。

方案二：成巷平均斷面寬×高=3.2m×2.1m；其中頂板下沉58cm，底板變化42cm，切縫側(cè)幫臌34cm，實體幫幫臌106cm。

方案三：成巷平均斷面寬×高=3.9m×2.5m；其中頂板下沉41cm，底板變化19cm，切縫側(cè)幫臌18cm，實體幫幫臌52cm。

方案四：成巷平均斷面寬×高=4.0m×2.6m。其中頂板下沉36cm，底板變化14cm，切縫側(cè)幫臌14cm，實體幫幫臌46cm。

方案一巷內(nèi)的頂、幫支護強度較弱，不能有效地控制頂?shù)装遄兓?，方案二加大了實體煤側(cè)頂板支護強度，但不能有效地控制巷道變形，兩種方案均不能滿足復(fù)用巷道時的最小斷面要求。

方案三與方案四都在切縫側(cè)進行了補強支護，有效地控制了巷高變形量，實體煤側(cè)采用2排幫錨索，巷幫變形量得到有效控制，兩個方案都能夠有效地控制巷道變形，從最終成巷效果看，方案四效果最好。在施工工藝方面，方案四每3m少施工1個恒阻大變形錨索，少進行1次擴孔，并且少安裝3m的W鋼帶，簡化了程序，減小了職工的勞動強度。在經(jīng)濟方面，恒阻器按275元/個，W鋼帶按58元/m計算，方案四延米成本就材料方面能夠節(jié)約150元，經(jīng)濟效益明顯。

5 結(jié)論

（1）通過對比四種支護方式的實驗效果，確定采用第四種方案，能夠有效控制頂板下沉量。

（2）店坪煤礦復(fù)合頂板超前補強錨索支護方式采用切縫側(cè)1列恒阻大變形錨索+1列普通錨索+中部1列恒阻大變形錨索+實體幫幫部2排幫錨索的支護方案，成巷巷道的頂?shù)装搴蛢蓭偷淖冃瘟靠刂圃?5%以內(nèi)，留巷效果良好，經(jīng)濟效益顯著。