交叉組合索棚支護(hù)在掘進(jìn)巷道破碎頂板中應(yīng)用

董艷超

（潞安集團(tuán)司馬煤業(yè)公司，山西 長(zhǎng)治 047105）

1 概 述

潞安集團(tuán)司馬煤業(yè)公司1211運(yùn)巷位于井田二采區(qū)，巷道為北部，東部為未采區(qū)，西部為井田邊界，南部為二采區(qū)1210工作面。1211運(yùn)巷設(shè)計(jì)長(zhǎng)度為1588m，巷道斷面規(guī)格為寬×高=4.2×3.6m。施工巷道沿3#煤層底板掘進(jìn)，3#煤層平均厚度為7.0m，巷道掘進(jìn)期間預(yù)留頂煤厚度為3.4m。3#煤層無(wú)偽頂，直接頂主要以泥巖及粗粒砂巖混合巖層為主，巖層厚度如表1所示，基本頂主要以細(xì)粒砂巖為主，平均厚度為7.95m。

地測(cè)資料顯示，1211運(yùn)巷在454～514m范圍內(nèi)預(yù)計(jì)揭露7條斷層，其中斷層最大落差為1.1m，最小落差為0.4m。受斷層群影響，巷道掘進(jìn)至450m處時(shí)頂板出現(xiàn)破碎現(xiàn)象，至460m處時(shí)滯后工作面5～10m范圍內(nèi)頂板出現(xiàn)局部冒頂、下沉現(xiàn)象，最大下沉量達(dá)0.39m，且隨著延伸，頂板下沉量逐漸增大，并伴隨著頂板斷裂、支護(hù)失效現(xiàn)象。決定對(duì)原支護(hù)設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化，采用交叉組合索棚進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù)。

表1 煤層頂?shù)装迩闆r

2 原破碎頂板支護(hù)設(shè)計(jì)及問(wèn)題分析

2.1 原巷道頂板支護(hù)設(shè)計(jì)

1211運(yùn)巷前期過(guò)斷層群破碎區(qū)域，頂板采用錨桿、鋼帶以及密集錨索吊棚進(jìn)行聯(lián)合維護(hù)。

2.1.1 錨桿、鋼帶支護(hù)

（1）頂板錨桿：頂板錨桿采用長(zhǎng)度為2.5m、直徑為22mm左旋無(wú)縱筋螺紋鋼錨桿，每排布置5根，錨桿間距×排距=0.9×1.0m，每根錨桿采用兩支錨固劑與頂板巖體進(jìn)行錨固。

（2）頂板鋼帶：頂板鋼帶采用規(guī)格為長(zhǎng)×寬=4.0m×0.25m“W”型鋼帶，每根鋼帶配套5根錨桿，鋼帶排距為1.0m。

2.1.2 錨索吊棚支護(hù)

（1）錨索吊棚主要由1根長(zhǎng)度為4.0m，11#工字鋼梁以及3根長(zhǎng)度為5.0m預(yù)應(yīng)力鋼絞線(xiàn)組成，鋼梁上焊制3個(gè)直徑為30mm圓孔，圓孔間距為1.8m。

（2）錨索吊棚垂直巷道布置，1211運(yùn)巷從450m處開(kāi)始施工錨索吊棚，吊棚間距為1.0m，每架錨索吊棚采用錨索、鎖具將其與破碎頂板預(yù)緊，不接頂處采用木板、水泥背板進(jìn)行背牢。

2.2 原支護(hù)設(shè)計(jì)問(wèn)題分析

（1）支護(hù)成本高，勞動(dòng)強(qiáng)度大。由于受斷層群影響，1211運(yùn)巷從450m處頂板出現(xiàn)破碎現(xiàn)象，破碎長(zhǎng)度達(dá)60m。采用單一錨索吊棚進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù)時(shí)需施工60架錨索吊棚，而每架錨索吊棚成本費(fèi)用為520元，共計(jì)需3.12萬(wàn)元成本費(fèi)用。同時(shí)錨索吊棚重量為21kg/m，每架錨索吊棚需5名人員配合施工，每天僅可施工4架，勞動(dòng)強(qiáng)度大。

（2）切頂破壞嚴(yán)重。由于錨索吊棚支護(hù)斷面小，屬于線(xiàn)性支護(hù)形式，而且鋼棚柔性相對(duì)較低，在頂板壓力加大時(shí)，錨索吊棚對(duì)破碎頂板柔性支護(hù)效果相對(duì)較差，對(duì)頂板產(chǎn)生剛性切頂破壞。通過(guò)對(duì)1211運(yùn)巷現(xiàn)場(chǎng)觀(guān)察發(fā)現(xiàn)，受錨索吊棚切頂破壞作用，兩架鋼棚之間破碎頂板出現(xiàn)下沉、網(wǎng)兜現(xiàn)象，背板斷裂嚴(yán)重。

3 交叉組合索棚支護(hù)設(shè)計(jì)

為了降低破碎頂板支護(hù)成本費(fèi)用，提高支護(hù)效果，在原頂板永久支護(hù)設(shè)計(jì)不變的情況下，決定采用交叉組合索棚代替原頂板錨索吊棚對(duì)1211運(yùn)巷頂板進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù)。

（1）每架交叉索棚主要由2根長(zhǎng)“JW”型鋼梁、2根長(zhǎng)度為4.0m槽鋼橫梁、4根長(zhǎng)度為3.6m槽鋼棚腿以及5根長(zhǎng)度為8.0m預(yù)應(yīng)力錨索組成?！癑W”型鋼梁規(guī)格為長(zhǎng)×寬×厚=5.0×0.28×0.05m，每根鋼梁焊制3根錨索穿孔，每架交叉索棚支護(hù)巷道長(zhǎng)度為3.0m，如圖1所示。

（2）首先在巷道破碎頂板施工1根“JW”型鋼梁，鋼梁與巷幫夾角為55°，鋼梁采用2根錨索及鎖具與頂板進(jìn)行預(yù)緊固定。第一根鋼梁施工完后，施工第二根“JW”型鋼梁，且與第一根交叉施工，兩根鋼帶交叉點(diǎn)采用錨索穿插并與頂板固定。

（3）兩根鋼梁交叉施工完后，在其下方架設(shè)兩架槽鋼棚，鋼棚頂梁與施工巷道垂直布置，第一架槽鋼棚施工在距“JW”型鋼梁交叉點(diǎn)1.0m處，相鄰兩架槽鋼棚間距為2.0m。

（4）交叉組合索棚支護(hù)間距為1.0m，1211運(yùn)巷破碎頂板共計(jì)施工20架索棚支護(hù)。為了索棚支護(hù)穩(wěn)定性，在相鄰兩架槽鋼棚棚腿之間采用兩組長(zhǎng)度為2.0m、直徑為20mm圓鋼托架進(jìn)行連接。

（5）交叉組合索棚施工完后，在后期掘進(jìn)期間應(yīng)加強(qiáng)對(duì)索棚支護(hù)觀(guān)察，發(fā)現(xiàn)頂板破碎下沉嚴(yán)重，槽鋼棚出現(xiàn)不接頂現(xiàn)象時(shí)，應(yīng)采用密集工字鋼梁將其與頂板背緊。

圖1 交叉組合索棚支護(hù)斷面、平面示意圖

4 結(jié) 論

（1）與傳統(tǒng)11#工字鋼梁支護(hù)相比，“JW”型鋼梁重量為9.4kg/m，施工時(shí)勞動(dòng)強(qiáng)度小，便于施工。

（2）1211運(yùn)巷破碎頂板處共施工27架交叉組合索棚，每架交叉索棚價(jià)格為580元，共計(jì)成本費(fèi)用為1.57萬(wàn)元，與工字鋼吊棚支護(hù)相比，支護(hù)成本費(fèi)用減少一半。

（3）“JW”型鋼梁支護(hù)斷面大，具有較強(qiáng)的柔性，在破碎頂板中支護(hù)效果好，采用交叉式布置鋼梁并架設(shè)槽鋼棚，實(shí)現(xiàn)了主動(dòng)、被動(dòng)支護(hù)同時(shí)對(duì)破碎頂板進(jìn)行支護(hù)作用，提高了頂板穩(wěn)定性，加強(qiáng)了支護(hù)效果。

（4）由于巷道掘進(jìn)期間主要受頂板垂直應(yīng)力以及兩幫剪切應(yīng)力，采用槽鋼棚后降低了巷道變形現(xiàn)象，同時(shí)交叉布置“JW”型鋼梁避免了在應(yīng)力作用下出現(xiàn)支護(hù)體對(duì)頂板產(chǎn)生切頂破壞。

（5）1211運(yùn)巷從460m處對(duì)破碎頂板施工交叉組合索棚支護(hù)，在后期掘進(jìn)期間斷層群處頂板破碎帶未發(fā)生大面積破碎、冒頂現(xiàn)象，頂板下沉量控制在0.11m以?xún)?nèi)，兩幫移近量控制在0.20m以?xún)?nèi)。