JW 型錨索棚在巷道過斷層中的應(yīng)用

賈林旺

（山西焦煤霍州煤電集團呂梁山煤電有限公司方山店坪煤礦， 山西 呂梁 033102）

1 店坪煤礦2062 巷概述

店坪煤礦2062 巷位于井田二采區(qū)東翼，工作面東至井田邊界，南為呂梁環(huán)城高速保護煤柱，西為+830 m 水平系統(tǒng)大巷，北與9-204 工作面采空區(qū)相鄰。巷道設(shè)計長度為1 724 m，巷道斷面規(guī)格為寬×高=4.8 m×3.0 m，巷道掘進煤層為9 號層，平均厚度為3.1 m。

2062 巷采用綜合機械化掘進工藝，截止目前巷道已掘進至500 m，根據(jù)《店坪煤礦2062 巷掘進作業(yè)規(guī)程》提供資料顯示，巷道掘進至510 m 處將揭露一條F6 逆斷層，斷層落差為2.4 m，傾角為45°，受斷層影響巷道掘進至495 m 處頂板開始出現(xiàn)破碎現(xiàn)象，原巷道頂板支護失效現(xiàn)象嚴重，局部巷道頂板出現(xiàn)冒漏，針對這一技術(shù)難題，店坪煤礦為了彌補傳統(tǒng)支護的不足，決定對巷道過斷層期間提出了“JW 型錨索棚”支護，確保巷道安全過F6 斷層影響區(qū)決定對巷道采取JW 型錨索棚支護。

2 巷道采用原支護設(shè)計及存在的問題

2.1 原方案設(shè)計

為了有效避免巷道頂板發(fā)生破碎，通過采用聯(lián)合支護的方式能夠有效維護頂板，聯(lián)合支護采用的材料主要有錨桿、鋼帶及鋼棚。

1）首先要在頂板施工6 個鉆孔，并在每個鉆孔內(nèi)分別插入一根2.5 m 長的無縱筋錨桿，相鄰錨桿的距離為0.9 m，相鄰兩排錨桿的距離為1.0 m，施工完畢后對錨桿的預(yù)緊力進行測試，確保每根錨桿的預(yù)緊力不得低于200 N·m。

2）通過 6 根錨桿將長、寬、厚分別為 4.8 m、0.15 m、3 mm 的鋼帶固定在頂板上，并使用邊長為0.1 m 的正方形拱形墊片將錨桿與鋼帶固定，并用螺母將其進行緊固。

3）根據(jù)巷道斷面尺寸，鋼棚頂梁主要是由三根工字鋼梁焊接組成，并通過卡纜將棚腿與頂梁進行緊固，相鄰兩個鋼棚的安裝距離為1.2 m。

2.2 存在的問題

1）由于該巷道為軟薄巖復(fù)合頂板，且頂板破碎比較嚴重，采用傳統(tǒng)的支護方式很難對頂板進行有效支護，再加上采動影響及巷道構(gòu)造應(yīng)力的作用，巷道頂板很容易發(fā)生離層，情況嚴重時會造成巷道頂板錨桿由于承載力低而斷裂。根據(jù)地質(zhì)資料顯示該巷道頂板預(yù)留著2.6 m 厚的煤層，而傳統(tǒng)的支護錨桿由于長度僅為2.5 m，無法使錨桿錨固端插入堅硬的巖石層中，從而導(dǎo)致錨固力不能達到支護要求[1-2]。

2）前期巷道采用工字鋼棚對頂板進行支護，但這種被動支護方式仍會出現(xiàn)頂板深層離層的情況，再加上工字鋼棚頂梁較長，一旦頂板壓力過大很容易出現(xiàn)棚腿變形的情況，棚腿變形后更換難度較大且成本較高。

3）采用傳統(tǒng)的支護方式，掘進工作面每推進一定尺寸后需要進行一輪作業(yè)，主要工序為頂板鉆孔、安裝鋼帶、架設(shè)鋼棚等，在固定的時間內(nèi)完成以上所有工序不僅會給工作人員造成巨大的勞動強度，還會由于工序復(fù)雜影響掘進進度，造成后期工作面推進工期較緊。

3 JW 型錨索棚支護應(yīng)用

3.1 施工工藝

1）通過對錨桿、錨索的規(guī)格進行重新設(shè)計來保障錨固端能夠插入堅硬的巖層內(nèi)，從而確保錨桿及錨索能夠?qū)敯暹M行有效支護，此外還通過加大支護設(shè)備與頂板的截面積對頂板進行支護。JW 型錨索棚支護主要是由一根“V”型頂梁、兩根槽鋼、五根錨索及一根“JW”型頂梁組成。根據(jù)巷道斷面規(guī)格，設(shè)計的頂梁的長為5.0 m，寬為0.35 m，厚為6 mm，并在頂梁上均勻施工五個鉆孔；槽鋼采用3.6 m 長的高強度鋼材，錨索的直徑與長度分別為21.6 mm、5.5 m。為了能夠有效監(jiān)控頂板的變形量，還需將變形監(jiān)測儀安裝在頂梁上，如圖1 所示。

圖1 2062 巷斷層破碎區(qū)JW 型錨索棚支護斷面示意圖（單位：mm）

2）在頂板破碎嚴重或明顯下沉的位置鉆一排直徑與深度分別為30 mm、5.5 m 的鉆孔，并確保鉆孔保持在一條直線上且與巷道垂直，相鄰兩個鉆孔的距離控制在1.1 m，以上工序全部完成后將錨索與錨固劑分別插入鉆孔，并用錨索鉆機對錨索進行緊固，緊固后的錨固力要安排專人進行測定，確保每根錨索的錨固力大于170 kN，外露長度在0.15～0.25 m之間。

3）將“JW”頂梁安裝在錨索外露端，并采用邊長為0.3 m 的正方形方墊及鎖具對錨索進行緊固，緊固后的預(yù)緊力要安排專人進行測定，并確保每根頂梁與頂板之間不存在較大間隙。

4）使用卡纜將頂梁與棚腿進行緊固，將兩根棚腿與中間位置的錨索外露端分別與“V”型梁固定后進行拉伸預(yù)緊。根據(jù)巷道破碎的長度，相領(lǐng)錨索棚架的安裝距離不得大于1.0 m，支護范圍需要覆蓋所有破碎帶。

3.2 應(yīng)用效果分析

1）傳統(tǒng)的支護方式不僅工序復(fù)雜而且后期維護費用較大，JW 型錨索棚支護后只需15 架可對破碎頂板進行支護，JW 型錨索棚支護時工序較少，只需要4 個人/班就能完成三個支護循環(huán)，大大提高了掘進工作面的推進速度，節(jié)約支護成本費用達6.5萬元。

2）JW 型錨索棚支護既是被動支護又是主動支護，能夠避免工字鋼棚這種被動支護方式導(dǎo)致的支護效果差的現(xiàn)象，大大提高復(fù)合頂板破碎區(qū)域的支護效果，根據(jù)對安裝在頂梁的變形儀進行觀察，發(fā)現(xiàn)采用JW 型錨索棚支護后頂板下沉量控制在0.15 m以下，而且后期鋼棚棚腿的變形小，能夠降低后期棚腿的更換費用及時間[3-5]。

4 結(jié)語

店坪煤礦對2062 巷斷層區(qū)頂板支護進行合理優(yōu)化，采用JW 型錨索棚支護，通過實際應(yīng)用效果來看，該支護滿足破碎頂板支護要求，可大大提高破碎頂板穩(wěn)定性，控制了破碎頂板變形、下沉現(xiàn)象，取得了顯著的應(yīng)用成效。