桁架錨索在綜放工作面大斷面巷道補強加固中應(yīng)用

高亞偉

（晉能控股煤業(yè)集團浙能麻家梁煤業(yè)公司，山西 朔州 036000）

厚煤層具有產(chǎn)量高、效益好等優(yōu)點，但受到開采期間瓦斯涌出量大、煤巖外運工作量大等因素影響，厚煤層綜放工作面回采巷道斷面一般較大，國內(nèi)部分礦井回采巷道寬度可達5～6 m[1-3]。大斷面巷道雖然可保證通風(fēng)、煤炭運輸?shù)刃枨螅且泊嬖陧敯逯胁咳菀讛嗔?、下沉，巷幫煤壁破碎以及底板底鼓等問題[4-5]。確保大斷面巷道圍巖穩(wěn)定是實現(xiàn)煤炭開采的前提，麻家梁礦14208回風(fēng)巷凈寬×凈高=5500 mm×3600 mm，凈斷面20.9 m2，巷道在使用過程中受斷層、鄰近采面采動壓力雙重影響下圍巖變形嚴重。通過綜合分析，提出采用桁架錨索對巷道進行補強支護。

1 概況

14208工作面開采煤層為石炭系4#煤層，根據(jù)回采巷道及切巷掘進揭露，4#煤厚度變化較大，煤層厚度3.90～8.70 m，平均6.54 m。4#煤結(jié)構(gòu)復(fù)雜，中間夾雜3～7層夾矸，夾矸厚度0.10～0.76 m，平均0.43 m，夾矸為黑色高嶺巖、灰黑色炭質(zhì)泥巖。4#煤頂?shù)装逡阅鄮r、砂質(zhì)泥巖、泥巖為主，具體巖性見表1。

表1 煤層頂?shù)装迩闆r表

14208輔運巷與14207綜放工作面之間留設(shè)有25 m保護煤柱。14208輔運巷掘進至560～605 m區(qū)間先后揭露有落差1.0 mFD8斷層、落差2.7 mFD9斷層。在上述兩個斷層影響帶區(qū)域內(nèi)巷道圍巖破碎，承載能力較差。14208輔運巷斷層影響區(qū)在鄰近14207采面采動影響雙重作用下出現(xiàn)頂板下沉、底鼓以及巷幫內(nèi)擠情況，巷道變形嚴重，頂板錨索出現(xiàn)部分拉斷情況，后續(xù)巷道修復(fù)工作量大。為確保14208輔運巷斷層影響區(qū)內(nèi)圍巖穩(wěn)定，提出采用桁架錨索對頂板進行補強加固。采面巷道位置示意圖如圖1。

圖1 采面巷道位置示意圖

2 桁架錨索支護應(yīng)用

2.1 桁架錨索支護原理

14208輔運巷在560～605 m區(qū)間范圍內(nèi)在斷層影響下頂板巖層破碎，承載能力以及抗壓強度較低，加之巷道斷面大，頂板巖層不利于形成整體結(jié)構(gòu)，從而導(dǎo)致頂板下沉量增加。為提高巷道支護效果，在14208輔運巷頂板上水平以及垂向方向進行主動支護。為此，提出在輔運巷上增設(shè)桁架錨索對頂板施加一定量水平張緊力，從而克服單體錨索僅能提供垂向張緊力弊端，使得巷道頂板巖體處于多維擠壓狀態(tài)，提高頂板巖層穩(wěn)定性以及抗變形能力，如圖2。補強支護采用的桁架錨索結(jié)構(gòu)包括高強度鋼絞線、桁架連接器以及鎖具等[6-7]。

圖2 桁架錨索補強支護示意圖

桁架錨索補強支護原理：以巷道肩窩受壓巖體作為承載結(jié)構(gòu)以及桁架錨索錨固點的基礎(chǔ)，在桁架連接器作用下，通過高強度鋼絞線施加給巷道頂板巖層一定的水平力，使得巷道頂板淺部巖層抗變形能力以及承載能力增強，從而有效控制頂板變形；同時，巷道原有的主動支護系統(tǒng)與桁架錨索共同作用下給巷道頂板施加一定量的向上作用力，有效削弱頂板下沉以及離層情況[8]。

2.2 補強加固方案

14208輔運巷在560～605 m區(qū)間加固采用螺紋鋼錨桿（Ф20 mm×2500 mm），按照900 mm間排距布置；桁架錨索采用Ф17.8 mm×9300 mm高強度鋼絞線，桁架系統(tǒng)孔口距幫均為1550 mm，底部跨度2100 mm，桁架錨索布置15°外插角。具體巷道補強加固方案如圖3。

圖3 桁架錨索補強加固設(shè)計圖（mm）

2.3 現(xiàn)場應(yīng)用效果分析

在14208輔運巷已加固區(qū)域內(nèi)布置測點對巷道表層位移進行監(jiān)測，如圖4。

從圖4中看出，在14208輔運巷未受到14207回采影響時，巷道頂板、巷幫累計變形量分別為41 mm、38 mm，變形量整體較小；當(dāng)加固區(qū)域進入到14207回采影響范圍內(nèi)時，14208輔運巷加固區(qū)內(nèi)頂板、巷幫變形量分別增加至162 mm、139 mm，隨后逐漸趨于穩(wěn)定。在14208輔運巷斷層影響區(qū)內(nèi)采用桁架錨索可有效提高圍巖支護強度，降低鄰近14207采面回采動壓影響，控制圍巖變形。

圖4 補強后巷道圍巖變形監(jiān)測結(jié)果

3 結(jié)語

（1）采用高預(yù)緊力桁架錨索對14208輔運巷斷層影響區(qū)間進行補強，通過高預(yù)緊力錨索（高強度鋼絞線）、桁架專用連接器、鎖具等相互配合，給14208輔運巷頂板施工一定量的水平以及垂向擠壓力，降低巷道頂板巖層離層量以及淺部巖層抗變形能力。

（2）在桁架錨索補強加固區(qū)內(nèi)，14208輔運巷頂幫、巷幫變形量為162 mm、139 mm，圍巖變形量整體較小，可滿足巷道后續(xù)使用需要。