錨桿架棚支護技術(shù)在破碎頂板支護中的應(yīng)用

杜 軍

（汾西礦業(yè)集團賀西煤礦，山西 柳林 033300）

煤礦開采期間容易產(chǎn)生一定的安全隱患，這對于礦井作業(yè)會造成直接影響，當前我國對煤炭的需求加大，而且掘進巷道于礦井深處進行延伸，這時巷道滲出煤層煤質(zhì)必然會改變。頂板破碎、下沉，以及巷道圍巖和地質(zhì)構(gòu)造應(yīng)力等因素影響下，對工作人員的安全問題構(gòu)成嚴重威脅，因而需合理運用錨桿架棚支護技術(shù)處理，以便提高煤礦開采的效率、安全性[1]。

1 工程概況分析

某煤礦5201 巷處于井田三盤區(qū)，北東部、北西部、南東部、南西部分別為：山2 號層盤區(qū)巷、8202工作面、8206 工作面、2 號煤層可采邊界。其中5201巷的設(shè)計長度、巷道斷面寬度、巷道斷面高度分別為：1 785 m、5 m、3.5 m，巷道掘進的煤層為2 號煤層、平均厚度在2.72 m 左右，煤層含夾矸2 層。煤層的走向為北西——南東，煤層結(jié)構(gòu)不是很復(fù)雜，同時2 號煤層在偽頂以泥巖為基礎(chǔ)，中位厚度約為0.25 m；直接頂以粉細砂巖為基礎(chǔ)，中位厚度在15.2 m 左右。5201 巷使用的為綜合機械掘進，當前共掘進了520 m，巷道掘進到530 m 位置時巷道北側(cè)25 m 可見X4 陷落柱、長度為35 m，短軸的長度18 m 左右，這一陷落柱對巷道掘進長度構(gòu)成一定的影響。巷道掘進到510 m 的時進到X 陷落柱應(yīng)力區(qū)，受到陷落柱應(yīng)力因素所影響，巷道前期掘進時頂板破碎和片幫問題比較嚴重，需要在第一時間通過密集錨網(wǎng)索維護，聯(lián)系具體情況來看使用的時間較長，若想達到應(yīng)力區(qū)巷道的相關(guān)標準有一定難度。

2 以往支護作業(yè)中暴露出來的問題研究

采用傳統(tǒng)支護工藝，多會通過錨網(wǎng)對巷道頂板作以支護處理，在頂板平整性較佳工作面中應(yīng)用效果可靠、有效，但在5201 巷軟薄巖頂板中運用無法獲得理想的支護效果，究其原因和這一巷道掘進斷面非常大、軟薄巖節(jié)理發(fā)育破碎易致使支護失效、頂板下沉等因素，存在緊密關(guān)聯(lián)性[2]。錨索支護期間鉆孔用水量較大，所以會導(dǎo)致施工的挑戰(zhàn)性加大，使用傳統(tǒng)錨網(wǎng)索支護技術(shù)不能達到實際支護的需要。

因5201 巷復(fù)合頂板的壓力不會很小，因而單獨通過工字鋼棚實行頂板支護，不能很好的抵消頂板壓力，這時則會出現(xiàn)離層的現(xiàn)象。頂板壓力更大、工字鋼棚棚腿變形的可能性則會提升，因而必然會加大使用人員的工作量、工作壓力，以及后期維護量等，而且容易使得掘進工作面推進速度減緩、工字鋼棚投入資金增加，提示單獨通過架棚支護的方式作業(yè)，不能在較短時間完成掘進的要求。

3 破碎頂板中錨桿架棚支護技術(shù)的應(yīng)用

錨桿架棚支護技術(shù)的應(yīng)用，具備主動性承載、及時性承載方面的優(yōu)勢，錨桿經(jīng)托盤、鋼帶，以及錨固劑、巷道圍巖等，會逐漸形成受力的主體，促使巖石為載荷、承載體[3]。頂板保持完整，便于使得施工作業(yè)更加順利的實施，頂板相對破碎頂板暴露過大的面積，打設(shè)錨桿的時間縮短，打錨桿眼使得圍巖發(fā)生震動所致冒落現(xiàn)象，直接關(guān)系到施工的整體進度，因而建議合理使用錨桿架棚支護技術(shù)處理。

3.1 掌握支護的基本原理

掘進巷道頂板壓力不斷增加，因工字鋼棚支撐能力下降，頂板變形下沉量會隨之發(fā)生變化，此時工字鋼棚僅可對頂板離層支護，但不能實行下沉頂板支護處理，如果發(fā)生掘進巷道頂板嚴重下沉問題，工字鋼棚棚腿出現(xiàn)變形/斷裂的概率加大。通過使用錨網(wǎng)支護便于滿足巷道圍巖加固的需要，保證頂板支撐承載力的同時，還可以達到主動支護的要求，但不建議在軟薄型復(fù)合頂板中應(yīng)用。選擇聯(lián)合支護方式，會借助錨網(wǎng)的作用實現(xiàn)支護加固的效果，通過采用鋼棚實行頂板支護加固巷道圍巖、支撐工作，故而可在軟薄型復(fù)合頂板中予以廣泛應(yīng)用、推廣。

3.2 確定相關(guān)支護的參數(shù)

錨網(wǎng)支護長度、直徑分別使用2 m、20 mm 左旋螺紋鋼錨桿，為所有錨桿配套兩卷型號的數(shù)值藥卷，即為32360 樹脂藥卷、Z2360 樹脂藥卷，鄰近錨桿的距離設(shè)置為0.8 m 左右，鄰近兩排錨桿的距離設(shè)置為0.6 m，實行金屬網(wǎng)頂板支護、鋼帶頂板支護。巷道兩側(cè)錨桿采取長度2.2 m 鋼錨桿、直徑20 mm 鋼錨桿，同樣為所有的錨桿配套樹脂藥卷，但配套的為1套S2360 樹脂藥卷，建議將鄰近錨桿間距設(shè)置為1 m、鄰近錨桿排距設(shè)置為1 m。

工字鋼棚通過工字鋼梁構(gòu)成，鄰近工字鋼棚距離可設(shè)置為1m，然后將棚梁的距離設(shè)定為5 m、棚腿的距離設(shè)定為3.5 m，在掘進工作面后12 m 左右位置進行工字鋼棚安裝。

3.3 施工工藝情況

經(jīng)聯(lián)合支護設(shè)備作業(yè)，可達到對頂板支護、側(cè)幫支護的理想效果，這個過程中要求考慮到安裝時間、安裝地點，確保所有支護設(shè)備能相互配合，具體應(yīng)該遵循鉆釘炮孔、鋪設(shè)金屬網(wǎng)、安裝鋼帶和頂錨桿，以及及時清理浮煤、鉆幫炮孔、頂錨桿安裝、工字鋼噴的順序進行支護作業(yè)[4]。

3.4 分析架棚支護失敗成因

離層破碎頂板容易發(fā)生離層及冒落的現(xiàn)象，不能形成整體承載結(jié)構(gòu)，隨著巷道掘進開挖的深入會產(chǎn)生臨空自由面，這時應(yīng)力再次分布、軟弱圍巖發(fā)生離層受到破壞的可能性加大。與此同時，架棚支護無法很好的支撐圍巖、提高支撐水平，一般情況會在圍巖應(yīng)力釋放期間，為巷道頂板下沉、兩幫為鼓起的狀態(tài)，圍巖、架棚為貼近的狀態(tài)才可以發(fā)揮出鋼棚支撐的作用。如果巷道遭到應(yīng)力因素所影響，圍巖壓力高于鋼棚、圍巖的支撐力，引發(fā)架棚變形、支護不成功的問題可能性加大。

錨桿支護作為防御支護的有效方法，離層破碎巖體錨桿能在第一時間使巖體、上位巖體擠壓并加固，利于避免產(chǎn)生頂板巖石離層破碎范圍加大的現(xiàn)象。在頂板來壓的時候，建議經(jīng)加大錨固的范圍進行處理，以此保證加固厚度適中、錨固區(qū)巖體強度、錨固區(qū)巖體剪切強度，同時對深部圍巖側(cè)向的約束力加以保障[5]。不僅如此，同時可很好地維護錨固區(qū)外圍巖弱面力學(xué)性能，使得深部圍巖強度、穩(wěn)定性提升，這一支護不需投入過多資金及人力資源、成巷的速度非常快、回采面端頭維護工藝操作簡便，便于有效維護礦井企業(yè)方面的效益，然后聯(lián)系礦回采巷道頂板離層破碎主要特點確定支護的方式。

3.5 巷道圍巖變形的主要特征

使用十字布點法加大對巷道變形特征的監(jiān)測，巷道兩幫移近量會在成型2 周內(nèi)不斷增加，在成型3～4 周緩慢加大，1 個月后處于穩(wěn)定的狀態(tài)；頂板移近量會在成型3 周內(nèi)持續(xù)加大，3～7 周緩慢增加、7周后保持穩(wěn)定，平均巷道頂板移近量為235.6 mm±15.8 mm。頂板離層量，容易受到時間變化而發(fā)生改變，頂板離層量會在巷道成型3 周內(nèi)不斷加大，這一時期最大頂板離層量為15 mm 左右；巷道成型3～7周緩慢增加，最大頂板離層量約為16 mm；巷道成型7 周后穩(wěn)定，最大頂板離層量在20 mm 左右。

3.6 實行礦壓觀測

進行頂板離層、下沉量方面觀測非常關(guān)鍵，直接關(guān)系到測定的效果，應(yīng)在超前支護區(qū)、非超前支護區(qū)，分別設(shè)置2 套頂板離層指示儀，高度設(shè)計為：6.2 m、2 m，觀測的時間為1 個月[6]。非超前支護區(qū)永久支護前頂板為離層的狀態(tài)，錨盤、頂板無法保持穩(wěn)定，而這也是造成巷道開挖后頂板嚴重下沉的主要原因，通常下沉≥30 mm。錨盤、頂板無法保持平衡，直接關(guān)系到錨桿、還容易引發(fā)頂板下沉的現(xiàn)象，錨固范圍2 m 內(nèi)、錨固區(qū)6.2 m 外離層顯著，錨固范圍中的巖層可當作承載體，鋪設(shè)金屬棚后位移情況得以有效控制。與此同時，超前錨桿支護區(qū)因巷道開挖前實行頂板方面控制工作，永久支護前能夠保證頂板的完整性、巷道穩(wěn)定性，錨固范圍內(nèi)頂板離層位移在12 mm 左右，錨固范圍外6.2 m 位移量控制效果較佳，為相同時期非超前支護區(qū)離層位移量35%左右?？梢姡板^桿、永久錨桿支護結(jié)合起來，對控制破碎頂板下錨固范圍巖層變形發(fā)生率有積極的影響，同時會逐漸形成承載體，對錨固范圍外的離層加以控制[7]。實行超前錨桿支護能有效處理圍巖震動、冒落相關(guān)問題，破碎頂板.直接頂作為偌層理結(jié)構(gòu)圍巖沒有開挖前，使用錨桿支護技術(shù)能對頂板支護，確保開挖后原巖的完整性，防止發(fā)生圍巖嚴重形變問題。

4 結(jié)語

本文以5201 巷道為例，通過對傳統(tǒng)支護工藝的分析發(fā)現(xiàn)存在較多不足，因而建議使用錨桿架棚支護技術(shù)處理，以便提升頂板支護方面的能力，有效彌補傳統(tǒng)工藝技術(shù)的不足，比如降低工作人員工作量、后期維護量、資金投入等，從而充分發(fā)揮出該項技術(shù)在破碎頂板中的應(yīng)用價值。