掘進(jìn)巷道過應(yīng)力破碎帶支護(hù)設(shè)計(jì)應(yīng)用

郭小路

（山西煤炭運(yùn)銷集團(tuán)野川煤業(yè)有限公司，山西 高平 048400）

引言

巷道掘進(jìn)時(shí)會(huì)造成原有煤層結(jié)構(gòu)破壞，巷道頂板會(huì)形成應(yīng)力組合梁來降低應(yīng)力的破壞作用，但在遇到頂板破碎或地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜的頂板時(shí)，外界的采動(dòng)壓力、構(gòu)造應(yīng)力會(huì)大大降低頂板的穩(wěn)定性，一旦組合梁承載的支撐力小于礦壓時(shí)，組合梁承載就會(huì)出現(xiàn)變形及斷裂，掘進(jìn)工作面出現(xiàn)頂板下沉的情況，頂板破碎嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成掘進(jìn)工作面冒頂及垮落，嚴(yán)重威脅工作面的正常生產(chǎn)。本文針對(duì)野川煤礦三采區(qū)掘進(jìn)工作面下沉的原因及支護(hù)不足，制定出一套合理的錨索梁支護(hù)方式。對(duì)于野川煤礦三采區(qū)膠帶巷在掘進(jìn)至1 200 m 處時(shí)，由于斷層頂板破碎嚴(yán)重，頂板下沉達(dá)到了0.55 m，巷道變形嚴(yán)重，施工人員使用錨索梁支護(hù)后取得了較好的支護(hù)效果。

1 野川煤礦三采區(qū)概述

山西煤炭運(yùn)銷集團(tuán)野川煤業(yè)有限公司三采區(qū)膠帶巷主要沿3 號(hào)煤層底板掘進(jìn)，水平標(biāo)高+770～+825 m，位于井田中東部，東邊為原喬家溝煤礦3410 采空區(qū)，南邊為設(shè)計(jì)三采區(qū)回風(fēng)巷，北邊為設(shè)計(jì)三采區(qū)輔助運(yùn)輸巷，西邊為二采區(qū)膠帶巷。

三采區(qū)膠帶巷設(shè)計(jì)走向長度1 608 m，工程量為26 790 m3；巷道總體坡度0°～6°，平均坡度4°，預(yù)計(jì)服務(wù)年限為40 個(gè)月，主要施工工藝為綜掘。巷道設(shè)計(jì)斷面規(guī)格為4.0 m×3.5 m，施工巷道沿3 號(hào)煤層底板平行掘進(jìn)，預(yù)留頂煤厚度為1.8 m，3 號(hào)煤層直接頂主要以泥巖、砂質(zhì)泥巖為主，平均厚度為2.4 m，基本頂主要以細(xì)粒砂巖、粉砂巖為主，平均厚度為17 m，截止目前巷道已掘進(jìn)1 208 m。

根據(jù)野川煤礦地測科提供資料顯示，在巷道掘進(jìn)至1 217 m 處揭露一條F3 正斷層，斷層落差為1.6 m，傾角為59°，受斷層影響巷道掘進(jìn)至1 200 m處時(shí)頂板局部出現(xiàn)破碎現(xiàn)象，當(dāng)巷道掘進(jìn)至1 206 m處時(shí)頂板破碎嚴(yán)重，采用傳統(tǒng)錨桿、金屬網(wǎng)維護(hù)難度大，錨桿失效率高，頂板大面積出現(xiàn)下沉現(xiàn)象，最大下沉量為0.55 m，巷道掘進(jìn)效率差，嚴(yán)重制約著巷道安全高效掘進(jìn)。對(duì)此，野川煤礦通過技術(shù)研究決定對(duì)斷層破碎區(qū)采取錨索梁加強(qiáng)支護(hù)[1-2]。

2 錨索梁支護(hù)施工設(shè)計(jì)

2.1 施工工藝

1）三采區(qū)膠帶巷采用錨索梁作為主要加強(qiáng)支護(hù)方式，錨索梁是由高強(qiáng)度工字鋼及錨索組合而成，根據(jù)巷道的斷面尺寸，鋼梁的長度設(shè)計(jì)為3.8 m，施工人員在每根橫梁上施工3 個(gè)圓孔，圓孔的直徑設(shè)計(jì)為25 mm，錨索預(yù)應(yīng)力鋼絞線的直徑與長度設(shè)計(jì)為21.6 mm 及8.3 m。

2）施工人員首先要采用氣動(dòng)錨索鉆機(jī)及八字形鉆頭在距頂板下沉區(qū)1.5 m 處施工一個(gè)深度為8 m 的鉆孔。鉆孔之間的距離為1.6 m，且每排打三個(gè)鉆孔。

3）打完鉆孔后，施工人員要在每個(gè)鉆孔內(nèi)加裝樹脂錨固劑及錨索，每個(gè)鉆孔內(nèi)要加裝三支樹脂錨固劑，之后采用錨索機(jī)對(duì)錨索進(jìn)行錨固，錨固時(shí)間必須大于3 min，同時(shí)需確保錨固后錨索外露長度在0.5 m 左右。

4）待第一排錨索全部安裝完畢后安裝工字鋼梁，鋼梁與巷道要保持90°的夾角，鋼梁與錨索需采用0.3 m 的正方形鋼托板及鎖具加固，之后再采用錨索張拉機(jī)進(jìn)行預(yù)緊。

5）待第一個(gè)錨索梁安裝完畢后再繼續(xù)安裝后面的錨索梁，錨索梁之間的距離控制在1 m，錨索梁要全部覆蓋住整個(gè)破碎頂板區(qū)域。

6）如頂板出現(xiàn)局部破碎嚴(yán)重及鋼梁與頂板不接觸的情況時(shí)，為了確保錨索梁不失效，工作人員需在鋼梁之間安裝水泥背板及半圓木，具體如下頁圖1所示。

圖1 三采區(qū)膠帶巷破碎頂板錨索梁支護(hù)斷面示意圖（未標(biāo)單位為mm）

2.2 施工技術(shù)措施

1）根據(jù)巷道頂板的破碎情況，施工人員需選擇合理的錨索、鋼梁及施工范圍。

2）為了確保工作人員的上錨索梁時(shí)的安全，施工人員需在施工高度較高的位置搭建工作盤，工作盤需采用圓木進(jìn)行搭設(shè)。

3）為了確保支護(hù)的穩(wěn)定性，鉆孔施工時(shí)需安排專人對(duì)頂板的煤層進(jìn)行觀察，確保鉆孔的終端與堅(jiān)硬頂板接觸。

4）錨索鉆機(jī)在錨固時(shí)，工作人員要確保鉆機(jī)的轉(zhuǎn)速穩(wěn)定且不停頓，錨固時(shí)間必須大于3 min，錨固完成一小時(shí)后要進(jìn)行拉拔力實(shí)驗(yàn)，待錨索完成拉拔力實(shí)驗(yàn)且合格后再安裝鋼梁。

5）施工人員要確保安裝后的鋼梁要與頂板嚴(yán)實(shí)接觸，同時(shí)定期安排專人對(duì)鋼梁的變形情況進(jìn)行觀察，如發(fā)現(xiàn)鋼梁變形嚴(yán)重及時(shí)采取相應(yīng)的應(yīng)急措施。

6）錨索梁全部安裝完畢后，工作人員要在破碎嚴(yán)重的區(qū)域安裝頂板離層儀，同時(shí)安排專人進(jìn)行查看[3-5]。

3 實(shí)際應(yīng)用效果分析

1）三采區(qū)膠帶巷應(yīng)力區(qū)采用的錨索梁與傳統(tǒng)的注漿、鋼棚等支護(hù)工藝相比，具有安裝簡單、維護(hù)方便、費(fèi)用小、安裝時(shí)間快的優(yōu)點(diǎn)。根據(jù)安裝費(fèi)用統(tǒng)計(jì)，三采區(qū)膠帶巷在破碎區(qū)域共安裝錨索梁23 根，成本費(fèi)用為0.35 萬元，而傳統(tǒng)的支護(hù)工藝預(yù)計(jì)費(fèi)用在2萬元左右，降低了支護(hù)成本費(fèi)用；而且錨索梁安裝時(shí)由3 人安裝即可，安裝時(shí)間在8 h，縮短了支護(hù)時(shí)間，降低了支護(hù)勞動(dòng)成本費(fèi)用。

2）三采區(qū)膠帶巷錨索梁的鉆孔深度達(dá)到10 m，錨索緊緊地黏接在堅(jiān)硬巖石上，對(duì)整個(gè)破碎區(qū)域的頂板起到了很好的懸吊效果，防止破碎面積進(jìn)一步擴(kuò)大。施工人員經(jīng)過一個(gè)月的觀察，巷道破碎頂板采用錨索梁支護(hù)后頂板的下沉距離控制在0.2 m，錨索梁有效地防止了破碎頂板出現(xiàn)下沉、破碎現(xiàn)象。

4 結(jié)語

野川煤礦針對(duì)三采區(qū)膠帶巷掘進(jìn)過斷層帶期間頂板破碎、下沉現(xiàn)象，導(dǎo)致巷道成型質(zhì)量差，錨桿支護(hù)強(qiáng)度低等，通過技術(shù)研究決定采用錨索梁支護(hù)，通過實(shí)際應(yīng)用效果來看，錨索梁支護(hù)具有支護(hù)工藝簡單、支護(hù)效果好、成本費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)，采用該支護(hù)后有效控制了三采區(qū)膠帶巷斷層破碎頂板下沉現(xiàn)象，提高了頂板整體穩(wěn)定性，加快了巷道快速掘進(jìn)，對(duì)類似地質(zhì)條件巷道頂板支護(hù)提供了實(shí)踐依據(jù)，取得了顯著的安全性、經(jīng)濟(jì)效益。