錨桿架棚支護技術(shù)在破碎頂板中的應(yīng)用

吳曉峰

（晉能控股煤業(yè)集團有限公司， 山西 大同 037001）

引言

煤礦在開采作業(yè)時會出現(xiàn)較多的安全問題，這些問題一直制約著礦井正常工作的開展。隨著我國現(xiàn)代化水平的提高，對于煤炭的需求量也越來越大，掘進巷道也逐漸向礦井深處延伸，然而由于巷道深處煤層煤質(zhì)發(fā)生變化，頂板破碎、下沉、巷道圍巖、地質(zhì)構(gòu)造應(yīng)力等危險因素較多，員工的生命得不到保障。所以對于采掘工作面圍巖采取合理有效的支護技術(shù)，對煤礦安全高效開采具有重要意義，本文以大斗溝煤礦5201 巷為例，對巷道過應(yīng)力區(qū)采用了錨桿架棚支護技術(shù)。

1 大斗溝煤礦5201 巷概述

大斗溝煤礦5201 巷位于井田三盤區(qū)，北東部為山2 號層盤區(qū)巷，北西部為8202 設(shè)計工作面，南東為8206 設(shè)計工作面，南西為山2 號煤層可采邊界。

5201 巷設(shè)計長度為1 780 m，巷道設(shè)計斷面規(guī)格為寬×高=5.2 m×3.6 m，巷道掘進煤層為2 號煤層，平均煤層厚度為2.71 m，煤層含夾矸1～2 層（0.15～0.4）。煤層走向北西，傾向南東，煤層結(jié)構(gòu)簡單，2 號煤層在偽頂主要以泥巖為主，平均厚度為0.3m，直接頂主要以粉細砂巖為主，平均厚度為12 m，基本頂主要以中粗砂巖為主，平均厚度為15 m。

5201 巷采用綜合機械化掘進，截止目前巷道已掘進520 m，巷道掘進至535 m 處位于巷道北側(cè)24 m存在一條X4 陷落柱，陷落柱長軸長度為36 m，短軸長為19 m，該陷落柱對巷道掘進影響長度為32 m，巷道掘進至515 m 處進入X4 陷落柱應(yīng)力區(qū)，受陷落柱應(yīng)力影響，巷道在前期掘進過程中頂板出現(xiàn)破碎、片幫現(xiàn)象，并及時采用密集錨網(wǎng)索進行維護，但是實際應(yīng)用效果周期相對較長，無法滿足應(yīng)力區(qū)巷道支護要求[1-2]。

2 傳統(tǒng)支護主要存在的問題

2.1 傳統(tǒng)單一錨網(wǎng)支護的問題

傳統(tǒng)支護工藝主要是采用錨網(wǎng)對巷道頂板進行支護，比較適用于大多數(shù)頂板平整性較好的工作面，然而對于5201 巷軟薄巖頂板的支護效果較差，特別是該巷道掘進巷道斷面較大，軟薄巖的節(jié)理發(fā)育破碎很容易引起支護失效而發(fā)生頂板下沉的情況；在進行錨索支護的過程中，由于鉆孔涌水量較大導致施工難度大，傳統(tǒng)錨網(wǎng)索支護方式已經(jīng)無法滿足支護要求。

2.2 單一架棚支護的問題

由于5201 巷復合頂板壓力較大，采用工字鋼棚對頂板進行支護時無法抵消頂板壓力而發(fā)生離層，隨著頂板壓力越來越大，工字鋼棚會出現(xiàn)棚腿變形的情況，給施工人員后期的維護造成較大的工作量，導致掘進工作面推進速度緩慢，再加上工字鋼棚的費用投入較大，因此架設(shè)鋼棚無法滿足快速掘進的需求。

3 錨桿架棚支護技術(shù)應(yīng)用

為了提高5201 巷過應(yīng)力區(qū)頂板穩(wěn)定性，防止巷道頂板出現(xiàn)垮落事故，決定對巷道采取錨桿架棚支護技術(shù)，如下頁圖1 所示。

3.1 支護作用原理

當掘進巷道頂板壓力增大時，由于工字鋼棚的支撐能力較低，頂板的變形下沉量會增大，工字鋼棚無法對下沉的頂板進行有效支護，這種支護方式只能對頂板的離層起到被動支護，一旦掘進巷道頂板下沉嚴重時，工字鋼棚的棚腿會發(fā)生變形或斷裂；采用錨網(wǎng)支護能夠有效地對巷道圍巖進行加固，提高頂板支撐的承載力，這種支護方式雖然屬于主動支護，但是不適用于軟薄型復合頂板。采用聯(lián)合支護的方式不僅利用錨網(wǎng)支護進行加固，而且還能使用鋼棚對頂板進行支護，既能夠?qū)ο锏绹鷰r進行加固，又能進行支撐，剛?cè)岵?，不論從技術(shù)上還是實際上都非常適用于軟薄復合頂板。

3.2 支護參數(shù)

1）錨網(wǎng)支護:采用長度與直徑分別為2.0 m、22 mm 左旋螺紋鋼錨桿，并為每個錨桿配套兩卷型號為S2360、Z2360 樹脂藥卷，相鄰錨桿的距離控制在0.6～0.9 m 之間，相鄰兩排錨桿的距離為0.7 m，之后再使用金屬網(wǎng)及鋼帶對頂板進行支護。巷道兩側(cè)的錨桿采用長度與直徑分別為2.5 m、22 mm 鋼錨桿，并為每個錨桿配套一卷型號為S2360 樹脂藥卷，相鄰錨桿間距與排距均為1.0 m，如圖1 所示。

圖1 5201 巷應(yīng)力區(qū)頂板錨桿架棚支護斷面示意圖（單位：mm）

2）工字鋼棚主要由工字鋼梁搭建而成，相領(lǐng)工字鋼棚的距離為1.0 m，棚梁與棚腿的距離分別5.2 m、3.6 m，掘進工作面滯后10 m 的位置安裝工字鋼棚。

3.3 施工工藝

為了確保采用聯(lián)合支護后的設(shè)備能夠?qū)敯寮皞?cè)幫起到較好的支護效果，還需參考安裝的時間、地點等因素，使每個支護設(shè)備能夠起到相互配合的作用。具體的支護流程如下：鉆頂炮孔—鋪設(shè)金屬網(wǎng)、安裝鋼帶—安裝頂錨桿—清理浮煤—鉆幫炮孔—安裝頂錨桿—進工作面滯后10 m 的位置安裝工字鋼棚[3-5]。

4 結(jié)論

針對5201 巷傳統(tǒng)支護主要存在的不足，通過采用錨桿架棚聯(lián)合支護后，有效地提高了頂板的支護能力，避免了傳統(tǒng)工藝較多的弊端。錨桿鋼棚聯(lián)合支護工藝主要優(yōu)點有:

1）對于比較難支護的軟薄型復合頂板具有較好的使用效果且工藝簡單。

2）與傳統(tǒng)支護工藝相比，大大降低了工作人員的勞動強度，后期維護量少。

3）大大降低支護費用的支出，后期棚腿更換量少，能夠節(jié)約較多的費用。