巷道頂板下沉區(qū)加強(qiáng)支護(hù)技術(shù)應(yīng)用

王 強(qiáng)

(山西長(zhǎng)平煤業(yè)有限責(zé)任公司，山西 晉城 048000)

引 言

掘進(jìn)巷道在推進(jìn)時(shí)會(huì)將煤層原巖應(yīng)力的平衡破壞，為了確保巷道頂板的穩(wěn)定，通常需要采取組合梁對(duì)頂板進(jìn)行支護(hù)，組合梁能夠保證掘進(jìn)巷在推進(jìn)時(shí)頂板巖層的穩(wěn)定性。由于受到構(gòu)造應(yīng)力、原巖應(yīng)力、煤層重力及采動(dòng)影響，掘進(jìn)巷道頂板常常出現(xiàn)頂板壓力大的情況，當(dāng)頂板壓力超過(guò)組合梁的承載能力后，巷道頂板就會(huì)發(fā)生塑性變形，通常表現(xiàn)為頂板破碎嚴(yán)重、頂板下沉、煤層與原巖離層，一旦當(dāng)頂板的壓力超過(guò)了組合梁的最大承載能力后，掘進(jìn)巷道頂板會(huì)發(fā)生大面積冒頂及片幫，直接威脅巷道工作人員的安全。所以對(duì)于下沉區(qū)頂板采取合理有效的支護(hù)措施，對(duì)巷道安全快速掘進(jìn)具有重要意義。

1 概述

長(zhǎng)平煤礦53083巷長(zhǎng)度1 151.77 m(開口至5308工作面切眼中線),53083巷開口位于五盤區(qū)第二回風(fēng)巷北幫五盤區(qū)第二回風(fēng)巷4#聯(lián)絡(luò)橫川正對(duì)開口，施工方位角29°53′31″，坡度平均為3°, 開工前掛線中線，不掛腰線，掘進(jìn)過(guò)程中施工3個(gè)調(diào)車硐室，3#調(diào)車硐室距離開口391.77 m，之后分別每隔340 m分別施工2#、1#調(diào)車硐室。

巷道沿3#煤層頂板掘進(jìn)，巷道斷面規(guī)格為4.5 m×4.0 m，施工巷道采用綜合機(jī)械化掘進(jìn)工藝，截止2018年12月24日巷道已掘進(jìn)455 m，受巷道西部F6斷層影響，巷道掘進(jìn)至450 m處時(shí)頂板離層儀出現(xiàn)第一次報(bào)警現(xiàn)象，頂板下沉量為0.24 m，隨著巷道延伸當(dāng)巷道掘進(jìn)至455 m處時(shí)頂板下沉量達(dá)0.44 m，頂板原錨桿、錨索支護(hù)失效率達(dá)12%,嚴(yán)重威脅著巷道安全快速掘進(jìn)，對(duì)此，綜掘一隊(duì)決定對(duì)巷道頂板下沉區(qū)采取錨索梁加強(qiáng)支護(hù)。

2 錨索梁支護(hù)設(shè)計(jì)

2.1 施工工藝

1)為了能夠有效的控制5383巷頂板的下沉，施工人員采用錨索梁來(lái)對(duì)頂板進(jìn)行支護(hù)，錨索梁主要是由錨索與工字鋼梁鋼梁構(gòu)成。具體規(guī)格如下：工字鋼梁長(zhǎng)度為4.2 m，并在每根工字鋼梁上施工三個(gè)圓孔，圓孔的孔徑為25 mm，錨索的長(zhǎng)度與直徑分別是8.3 m、21.6 mm。

2)首先在距巷道頂板下沉區(qū)3.0 m的位置施工支護(hù)鉆孔，每排布置三個(gè)，孔間距為1.6 m，排距為1.0 m，如第180頁(yè)圖1所示。

圖1 53083巷錨索梁支護(hù)斷面示意圖

3)當(dāng)頂板鉆孔施工完畢后，工作人員要在每個(gè)鉆孔內(nèi)依次填入23/60型錨固劑(2支)、23/35型錨固劑(1支)及錨索，同時(shí)要確保每個(gè)孔的錨固時(shí)間至少大于180 s,錨固完成后還要對(duì)錨索外露的長(zhǎng)度進(jìn)行檢查，確保外露部分的長(zhǎng)度不得小于0.5 m.

4)當(dāng)錨索全部安裝完畢后，將鋼梁安裝在錨索下方，鋼梁的安裝角度要與巷道保持垂直，并采用0.3 m的正方形鋼托板及鎖具對(duì)錨索進(jìn)行固定，并使用張拉機(jī)具緊固錨索，確保錨索的預(yù)緊力達(dá)到要求[1-2]。

5)為了避免由于鋼梁與頂板接觸不緊密而導(dǎo)致頂板發(fā)生局部破碎或冒落鋼梁，需在鋼梁與頂板之間加裝水泥背板，確保鋼梁能夠?qū)敯迤鸬捷^好的支護(hù)效果。

2.2 施工注意事項(xiàng)

1)在安裝鋼梁之前首先要對(duì)巷道的整個(gè)破碎區(qū)域進(jìn)行測(cè)量，選定合適的錨索、鋼梁、錨索梁，準(zhǔn)確劃定支護(hù)范圍。

2)若掘進(jìn)巷道由于過(guò)高無(wú)法開展作業(yè)時(shí)需要在巷道底板搭建平臺(tái)，平臺(tái)主要是由圓木構(gòu)成，原木的高度可以根據(jù)巷道的高度而定[3]。

3)施工人員在對(duì)破碎區(qū)域的頂板進(jìn)行鉆孔時(shí)，要時(shí)刻通過(guò)鉆孔觀察煤層、巖層厚度，確保錨固端能夠插在堅(jiān)硬的巖層內(nèi)。

4)使用鉆機(jī)進(jìn)行作業(yè)時(shí)要保持鉆機(jī)勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，每個(gè)鉆孔的錨固時(shí)間至少大于160 s，并對(duì)錨固的鉆孔進(jìn)行拉拔實(shí)驗(yàn)，確保預(yù)緊力達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求后才能安裝鋼梁。

5)待錨索梁安裝完畢后，要派專人對(duì)每根錨索梁與頂板的接觸情況進(jìn)行驗(yàn)收，并對(duì)頂板的下沉情況及鋼梁的變形進(jìn)行觀察，如發(fā)現(xiàn)鋼梁變形嚴(yán)重時(shí)要及時(shí)采取相應(yīng)的措施。

6)在破碎區(qū)域每隔20 m安裝一部頂板離層儀，并安排專人對(duì)每班的頂板離層情況進(jìn)行記錄[4]。

3 應(yīng)用效果分析

1)與傳統(tǒng)的注漿及架鋼棚相比，采用錨索梁對(duì)破碎頂板進(jìn)行支護(hù)不僅能夠降低工作面的維護(hù)成本，還能為工作面的頂板維護(hù)縮減時(shí)間。根據(jù)成本計(jì)算錨索梁的制作成本為280元，53083巷頂板下沉區(qū)共需安裝70架，合計(jì)成本為1.96萬(wàn)元，而且使用錨索梁進(jìn)行支護(hù)時(shí)，只需用4名人員配合即可完成，完成全部錨索梁安裝僅需12 h，而架設(shè)鋼棚需要10個(gè)人花費(fèi)20 h的時(shí)間才能完成，這就為工作面的支護(hù)節(jié)約較多的時(shí)間。因此與傳統(tǒng)的支護(hù)工藝相比，優(yōu)化后的支護(hù)在降低了工人勞動(dòng)強(qiáng)度的基礎(chǔ)上，大大加快了工作面的推進(jìn)速度。

2)錨索梁支護(hù)時(shí)錨索采用加強(qiáng)恒組預(yù)應(yīng)力鋼絞線，使得錨索的錨固端能夠緊緊的錨注入在堅(jiān)硬的巖石中，能夠?qū)ζ扑轫敯迤鸬捷^好的懸吊作用，避免了巷道頂板離層，經(jīng)過(guò)安排專人每班對(duì)巷道的下沉情況進(jìn)行觀察，破碎區(qū)域內(nèi)的頂板未發(fā)現(xiàn)較大的下沉。該支護(hù)工藝已經(jīng)向其他礦井推廣使用[5]。

3)53083巷頂板下沉區(qū)采取錨索梁加強(qiáng)支護(hù)后，通過(guò)30 d現(xiàn)場(chǎng)觀察發(fā)現(xiàn)，錨索梁支護(hù)10 d范圍內(nèi)受頂板蠕動(dòng)變形影響，巷道頂板下沉量相對(duì)較大，頂板下沉量為0.10 m，在10 d～30 d范圍內(nèi)錨索梁起到耦合支護(hù)作用，下沉量區(qū)域穩(wěn)定，最大下沉量控制在0.12 m。

4 結(jié)語(yǔ)

長(zhǎng)平煤礦綜掘一隊(duì)針對(duì)53053巷掘進(jìn)期間頂板下沉現(xiàn)象，采取了錨索梁加強(qiáng)支護(hù)技術(shù)，通過(guò)實(shí)際應(yīng)用效果來(lái)看，該支護(hù)技術(shù)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本費(fèi)用底、支護(hù)效果好等優(yōu)點(diǎn)，有效控制了頂板下沉現(xiàn)象，提高了頂板永久支護(hù)效果，取得了顯著應(yīng)用成效。