厚煤層巷道破碎頂板支護優(yōu)化應用

左曉鵬

（山西汾西香源煤業(yè)有限責任公司， 山西 交城 030500）

引言

結(jié)合厚煤層巷道破碎頂板支護特點可以得知，通過采取科學的優(yōu)化措施，不但可以顯著提升支護效果，而且能夠明顯減小對頂板產(chǎn)生的負面影響，進一步降低厚煤層巷道破碎頂板支護成本。同時，采取合理的頂板支護優(yōu)化措施，可以更好地提升掘進速度，避免頂板出現(xiàn)大面積的下沉。因此，本文重點分析了厚煤層巷道破碎頂板支護優(yōu)化措施。

1 厚煤層巷道斷面與工藝分析

第一，為了確保頂板自身的承載能力得到有效提升，減小對頂板產(chǎn)生的影響，針對巷道斷面進行有效的優(yōu)化特別重要。通過將煤礦巷道設計成半圓拱形，尺寸為4500 mm×3800 mm，高度是2300 mm，并采用綜合性較強的設備進行掘進，可以取得較好成效。

第二，提前做好鉆孔工作，設置3 排爆破孔，并在每排設置12 個爆破孔，爆破孔之間的距離為1 m、深度為1.3 m。

第三，為了進一步提高施工質(zhì)量，在爆破施工之前，要求相關(guān)人員設置錨桿支護。設置15 根錨桿，并嚴格控制錨桿的埋設深度不超過1 m，相鄰的兩排采用交錯支護設計方式。

第四，爆破施工完畢后，使用掘進機進行掘進施工。

第五，下部斷面掘進施工完畢后，在上部斷面部位填入適量的炸藥，并采用串聯(lián)方法，開展后續(xù)的爆破施工。全部的掘進施工結(jié)束后，作業(yè)人員需要及時將作業(yè)面浮煤清理干凈，如果發(fā)現(xiàn)頂板出現(xiàn)破損，需要立即補充完整。

第六，煤礦巷道在爆破施工之前，要求相關(guān)人員科學設置警示牌，通過采取此種方法，能夠有效保障施工人員的生命安全[1]。

2 巷道破碎頂板支護優(yōu)化要點

2.1 施工技術(shù)要點

通過采用錨棚支護技術(shù)，可以取得良好的施工效果。錨棚支護主要由兩部分組成，分別是鋼棚和錨索，鋼棚主要由棚腿與頂梁組成，在頂梁上部設置5 個圓形孔洞，圓孔的直徑是40 mm，巷道施工完畢后，在巷道的兩側(cè)設置鋼棚棚腿，棚腿長度是1.5 m，安裝結(jié)束后，使用錨桿進行固定處理。

棚腿安裝結(jié)束后，作業(yè)人員需要立即將頂梁插入棚腿之中，插入深度不宜小于100 m，并使用卡纜進行固定處理，確保預應力超出200 kN。在頂梁安裝環(huán)節(jié)，要求頂梁和巷道拱形面之間的接觸更加密實。鋼棚安裝結(jié)束后，還要使用專業(yè)設備開展鉆孔作業(yè)，鉆孔深度是8 m，總共需要設置5 個鉆孔，鉆孔和頂梁圓孔位置保持對應。

鉆孔施工完畢后，作業(yè)人員還要在鉆孔內(nèi)部加入錨固劑，并合理設置錨索，通常來講，錨索外漏長度不宜小于0.3 m，并使用長度為0.25 m 的工字鋼梁對錨索進行固定處理，保證錨索的預緊力超出180 kN。同時，錨棚支護施工完畢后，還要采取同一種方法，針對第二架錨棚進行支護處理，錨棚之間的距離為1 m，兩個相鄰的錨棚頂梁使用20 根錨桿進行穩(wěn)定連接，確保巷道的頂板結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定、安全。

2.2 錨棚支護技術(shù)要點

為了確保錨棚支護技術(shù)得到更好的運用，施工人員在具體的工作中，需要嚴格控制錨桿長度。如果采用常規(guī)的破碎頂板支護方式，通常需要采用5 根錨桿進行施工，并設置鋼帶與錨索，在后期的施工期間，需要對鋼帶與錨索進行加固處理。采用錨棚施工技術(shù)，能夠減少鋼帶和錨索的使用，顯著降低施工作業(yè)成本，同時，錨棚支護施工工藝流程更加簡單，也能夠顯著縮短巷道的支護時間。

錨棚支護技術(shù)，主要指的是將鋼棚與錨索有效結(jié)合，并對頂板進行科學支護。通過采取此種方法，可以確保單一錨桿所存在的缺陷得到更好彌補，確保頂板性質(zhì)得到有效改善，防止頂板在后期使用過程中出現(xiàn)大面積破壞，真正達到提升頂板穩(wěn)定性的目的[2]。

此外，錨棚支護技術(shù)不但可以應用到煤礦巷道破碎頂板施工當中，而且可以應用到其他作業(yè)面破壞頂板施工中，故應用范圍較廣泛。雖然此種施工工藝具備諸多優(yōu)點，但是在具體施工過程中，也存在較多缺陷，具體如下：

第一，結(jié)合鋼棚技術(shù)施工現(xiàn)狀可以得知，其專業(yè)化水平較高，再加上鋼棚的質(zhì)量較大，故會對后期的支護效果產(chǎn)生較大影響。

第二，鋼棚支護施工期間，通常需要投入較多勞動力，一架完整的鋼棚一般需要4 個作業(yè)人員配合完成。

第三，鋼棚施工完畢后的10 h 之內(nèi)，要安排專業(yè)人員進行看護，重點觀察鋼棚是否出現(xiàn)倒塌跡象。若發(fā)現(xiàn)鋼棚存在倒塌跡象，需要立即安排施工人員進行更換[3]。

2.3 安全措施分析

2.3.1 頂板破碎支護安全管控要點

針對頂板破碎來講，通過采取短掘短支的施工方法，并結(jié)合具體情況，有效減少循環(huán)率，不斷縮短空頂距，確保錨索和錨桿可以更好地跟進作業(yè)面，同時，在使用錨桿與錨索之前，還要對錨桿和錨索的質(zhì)量、規(guī)格進行嚴格檢查，確保錨桿與錨索的各項性能可以更好地滿足施工要求。在實際施工過程中，嚴禁直接將支柱架在浮煤之上，并定期加大檢查力度，針對錨桿和錨索采取抽查方法，如果發(fā)現(xiàn)問題，需要立即暫停施工，并采取有效的控制措施。

此外，在巷道掘進施工期間，通過采取超前錨桿進行有效的支護，避免在空頂下實施作業(yè)。巷道掘進期間，一旦頂板出現(xiàn)破碎，需要立即將錨桿間距縮小，同時適當加大檢查力度。針對錨桿、錨索施工特點能夠得知，通過采取定期檢查的方法，可以確保錨桿支護效果得到更好控制。相關(guān)人員在實際工作中，還要加強分析，如果發(fā)現(xiàn)錨桿的穩(wěn)定性下降，需要采取科學的應對方案，并科學控制錨桿與錨索之間的距離。當然，作業(yè)人員也要結(jié)合具體情況，對既有的施工方案內(nèi)容進行優(yōu)化，詳細記錄巷道與頂板數(shù)據(jù)變化情況，為后期的厚煤層巷道破碎頂板支護優(yōu)化提供便利，以從根本上減少安全事故的發(fā)生[4]。

2.3.2 錨桿、錨索支護安全管控要點

每隔10 m 開展一次試驗，作業(yè)人員通過使用螺紋錨桿與樹脂固定劑，確保螺紋錨桿的預緊力可以滿足規(guī)定標準要求。與此同時，相關(guān)作業(yè)人員還要對錨桿與錨索的錨固力進行檢查，若發(fā)現(xiàn)最終的試驗結(jié)果和設計數(shù)值差距較大，需要采取有效的調(diào)整措施。

針對煤底來講，為了提升穩(wěn)定性，需要對支柱深度進行檢查，在實際檢查過程中，如果巷道地質(zhì)情況出現(xiàn)變化，相關(guān)人員要結(jié)合具體的變化情況，采取科學的防控措施，進而取得較好的防控效果[5]。

3 應用效果分析

第一，采取優(yōu)化支護方式之后，運輸順槽已經(jīng)掘進到位，巷道在過斷層影響帶破碎區(qū)域的頂板沒有發(fā)生破碎，也沒有出現(xiàn)冒落，煤壁片幫現(xiàn)象得到良好的控制。與此同時，破碎區(qū)域的頂板永久支護效率明顯下降，使得巷道頂板的支護安全性、穩(wěn)定性得到全面提升。

第二，巷道掘進施工后，要求相關(guān)人員進行密切的觀察，針對破碎頂板支護優(yōu)化14 d 之內(nèi)，對頂板和兩幫煤巖體的蠕動變化量進行調(diào)整；在14～25 d 之內(nèi)，巷道圍巖在支護作用下，能夠達到應力平衡的狀態(tài)，而頂板和兩幫的變形量不斷變小；25 d 之后，頂板和巷幫圍巖逐漸趨于穩(wěn)定。與此同時，巷道爆破施工之前，還要科學設置警示牌，通過采取此種方法，能夠更好地保障施工作業(yè)人員的人身安全。

巷道在掘進施工期間，圍巖會出現(xiàn)較大的破碎變形現(xiàn)象，故相關(guān)人員在具體工作當中，要對圍巖的變形機理和支護失效原因進行有效分析，同時，結(jié)合具體情況，對厚煤層巷道破碎頂板支護進行科學優(yōu)化。在厚煤層巷道破碎頂板支護優(yōu)化期間，巷道在后續(xù)的掘進環(huán)節(jié)，圍巖并沒有出現(xiàn)較大面積的變形和破碎現(xiàn)象，使得破碎圍巖的支護質(zhì)量得到明顯提升，保障巷道更加安全[6]。

4 結(jié)語

本文通過對厚煤層巷道破碎頂板支護優(yōu)化措施進行全面分析，可以確保厚煤層巷道破碎頂板支護效果得到顯著提升，防止厚煤層巷道破碎頂板在后續(xù)運行期間出現(xiàn)大面積的失穩(wěn)現(xiàn)象。對于煤礦企業(yè)來講，在后期的發(fā)展過程中，需要有效調(diào)整巷道斷面，并結(jié)合具體情況，制訂完善的支護方案，不斷降低巷道支護成本，確保煤礦巷道破碎頂板更加穩(wěn)定，為煤礦開采的順利進行奠定良好基礎。