巷道過應(yīng)力破碎區(qū)超前支護裝置應(yīng)用分析

梁佳宇

（大同煤礦集團同安煤業(yè)有限責(zé)任公司， 山西 呂梁 033500）

1 巷道概況

大同煤礦集團同安煤業(yè)有限責(zé)任公司總回風(fēng)巷北接回風(fēng)立井馬頭門總回巷開口（坐標(biāo)為：x=4229127.5，y=564 418.829，z=742.7），該巷南部42.72 m為4號層回風(fēng)大巷（未掘），西部、東部為實體區(qū)。

總回風(fēng)巷設(shè)計長度為1 200 m，巷道設(shè)計斷面規(guī)格為寬×高=4.5 m×3.5 m，巷道掘進煤層為山西組4號煤層，煤層厚度5.71～8.08 m，平均厚7.56 m，煤層由南向北逐漸變厚，全井田穩(wěn)定可采，煤層結(jié)構(gòu)簡單—極復(fù)雜，含0～8層夾矸，單層夾矸最大厚度為0.52 m。煤層頂板巖性為砂質(zhì)泥巖、粉砂巖、泥巖，老頂為細(xì)砂巖；底板巖性為細(xì)砂巖、砂質(zhì)泥巖、泥巖。總回風(fēng)采用綜合機械化掘進施工工藝，采用EBZ210型掘進機割煤，采用SSJ-800型帶式輸送機運輸煤矸石，截止目前巷道已掘進450 m[1]。

巷道掘進至440 m處揭露一條正斷層，斷層落差為1.5 m，斷層平均傾角為47°，在斷層作用下破壞了原巷道頂板連續(xù)穩(wěn)定性，導(dǎo)致巷道頂板出現(xiàn)應(yīng)力破壞現(xiàn)象，巷道頂板維護難度大，掘進效率低。

2 巷道過應(yīng)力破碎區(qū)主要存在的技術(shù)難題

總回風(fēng)巷采用掘進機掘進，單茬掘進量為0.6 m，工作面最大空頂距為1.3 m，巷道掘進后及時對頂板施工錨桿、錨索支護。但是由于在應(yīng)力區(qū)巷道，頂板破碎嚴(yán)重，在頂板永久支護施工時存在一些技術(shù)難題，主要表現(xiàn)在以下幾方面：

1）頂板穩(wěn)定性差。受斷層影響，在斷層前后15 m范圍內(nèi)頂板相對破碎嚴(yán)重，并在斷層處形成卸壓空間，隨著巷道的開拓延伸，頂板破碎范圍逐漸擴大，巷道掘進后在施工永久支護時不僅施工難度大，而且施工危險系數(shù)高，不利于對巷道進行安全快速支護。

2）空頂面積大。巷道在過斷層應(yīng)力區(qū)時，頂板集中應(yīng)力明顯，導(dǎo)致頂板出現(xiàn)下沉現(xiàn)象，同時集中應(yīng)力向迎頭煤壁傳遞，而總回風(fēng)巷掘進的4號煤層屬石炭系煤層，煤層膠結(jié)穩(wěn)定性差，煤體單軸抗壓強度不足20 MPa，迎頭煤體在應(yīng)力作用下出現(xiàn)片幫現(xiàn)象，增加頂板空頂距，巷道在初期過應(yīng)力區(qū)頂板最大空頂距為2.4 m。

3）支護時間長。由于應(yīng)力區(qū)頂板破碎相對嚴(yán)重，在破碎頂板進行鉆孔施工時鉆孔施工難度大，鉆孔施工周期長，導(dǎo)致錨桿支護難度大，頂板空頂時間長，造成頂板進行永久支護時危險系數(shù)高。

3 絲杠式超前支護的應(yīng)用

為了解決應(yīng)力區(qū)巷道頂板破碎區(qū)支護難題，同安煤礦安監(jiān)站通過技術(shù)研究，決定對應(yīng)力區(qū)破碎頂板采用一套絲杠式超前支護。

3.1 絲杠式超前支護結(jié)構(gòu)組成

1）總回風(fēng)應(yīng)力區(qū)頂板采用的絲杠式永久支護主要由前探支護梁、承載梁、絲杠、固定環(huán)等部分組成；其中前探支護梁共計四根，每根長度為4.0 m，承載梁共計三根，長度為4.5 m。

2）前探支護梁及承載梁主要為12號槽鋼，在承載梁上均勻焊制4個直徑為70 mm絲孔，絲孔間距為1.2 m，每個絲杠長度為為0.2 m，絲杠直徑為70 mm，在絲杠頂端焊接一個長度及寬度為0.1 m頂帽，如下頁圖1所示。

3）吊環(huán)共計9個，主要由厚度為5 mm鋼板焊制而成，吊環(huán)寬度為0.12 m，高度為0.15 m，吊環(huán)中部焊接一個直徑為30 mm絲孔，在吊環(huán)下部安裝一個活動鋼管，鋼管直徑為50 mm[2-3]。

圖1 絲杠式超前支護結(jié)構(gòu)示意圖（mm）

3.2 絲杠式超前支護工作原理

1）巷道掘進前首先將9個吊環(huán)安裝距工作面迎頭前三排錨桿外露段，同一排錨桿安裝三個吊環(huán)，吊環(huán)安裝間距為2.0 m，吊環(huán)安裝時將吊環(huán)絲孔與頂板錨桿外露段擰緊。

2）三排吊環(huán)安裝后巷道開始掘進，掘進后及時將三根承載梁穿插在同一排吊環(huán)下方，然后對每一根承載梁上安裝四個絲杠，安裝絲杠保證絲杠與承載梁運轉(zhuǎn)靈活[4-5]。

3）絲杠安裝后將四根前探支護梁依次安裝絲杠上方，然后逐漸擰動絲杠上升，并抬起前探梁直至與頂板接觸嚴(yán)實，從而達(dá)到前探梁對空頂區(qū)超前支護作用；當(dāng)巷道第一茬掘進并支護完成后，在掘進第二茬時只需將前探梁前移即可。

3.3 絲杠式超前支護優(yōu)缺點

1）支護工藝簡單。絲杠式超前支護結(jié)構(gòu)相對簡單，受巷道掘進工藝、施工工序影響小，支護工藝簡單，便于操作維護，故障率低，成本費用低。

2）支護效果好。與機載前探梁超前支護相比，該支護裝置輕便，而且該支護裝置可用于最大空頂距大3.0 m巷道中，支護效果好，支護強度高，解決了不穩(wěn)定、破碎頂板空頂面積大，永久支護時危險系數(shù)高等技術(shù)難題。

3）實用性強。該支護裝置可根據(jù)巷道斷面大小適當(dāng)調(diào)整前探梁、承載梁數(shù)量及長度，該支護裝置不僅可用于掘進巷道，還可應(yīng)用于復(fù)雜地質(zhì)條件采掘工作面、大斷面硐室中，甚至可應(yīng)用于隧道、橋梁等工程領(lǐng)域中，實用性強。

4 應(yīng)用效果

截止2019年4月27日總回風(fēng)巷已掘進至490m處，巷道已完全過斷層應(yīng)力區(qū)，通過在斷層應(yīng)力區(qū)采取絲杠式超前支護后，保證了巷道永久支護施工安全，巷道在后期過應(yīng)力區(qū)期間未發(fā)生一起因頂板空頂面積大，超前支護不到位發(fā)生頂板垮落事故，取得了顯著應(yīng)用成效。