薛少峰

（山西汾西正令煤業(yè)有限責(zé)任公司，山西 孝義 032300）

巷道開挖后破壞了原巖應(yīng)力平衡，巷道頂板形成應(yīng)力組合梁，該組合梁承載能力主要由巷道頂板巖石層穩(wěn)定性決定。由于受采動壓力、構(gòu)造應(yīng)力等外界作用力影響，巷道頂板巖石層穩(wěn)定性降低，頂板壓力加大，當(dāng)?shù)V壓大于組合梁承載能力時(shí)，巷道頂板會發(fā)生塑性變形，主要體現(xiàn)在頂板下沉，隨著頂板下沉量逐漸加大，頂板壓力大于組合梁屈服極限時(shí)，頂板出現(xiàn)破碎、冒頂、垮落等現(xiàn)象，從而加大了頂板支護(hù)難度，威脅著煤礦安全生產(chǎn)。本文以正令煤礦2108回風(fēng)順槽為研究對象，分析巷道頂板出現(xiàn)下沉主要原因及錨桿支護(hù)在下沉區(qū)應(yīng)用中存在的不足，提出了錨索梁支護(hù)在下沉區(qū)中的應(yīng)用，保證巷道安全穩(wěn)定。

1 概 述

山西汾西正令煤業(yè)有限責(zé)任公司位于孝義市西南直距15km處柱濮鎮(zhèn)上令狐村，礦井井田面積為5.8405km2，設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為0.9Mt/a。井田內(nèi)分三個(gè)采區(qū)，目前回采2#煤層二采區(qū)。

2108回風(fēng)順槽位于二采區(qū)北翼，回采煤層為2#石炭系煤層，巷道設(shè)計(jì)長度為1600m，巷道為矩形斷面，斷面規(guī)格為寬×高=4.0×3.5m，巷道采用錨桿、錨索、金屬網(wǎng)支護(hù)，頂板每排施工4根單錨桿，錨桿間排距為1.0×1.0m，錨桿采用長度為2.2m，Ф20mm螺紋鋼錨桿，錨索長度為6.0m，直徑為17.8mm，每排施工2根，間排距為2.0×3.0m。2108巷采用綜合機(jī)械化掘進(jìn)施工工藝，截至目前巷道已掘進(jìn)840m。

2108回風(fēng)順槽頂板存在厚度為0.7m偽頂，主要以炭質(zhì)泥巖為主，直接頂以砂質(zhì)泥巖為主，平均厚度為5.4m，根據(jù)正令煤礦地測科提供資料顯示，2108回風(fēng)順槽掘進(jìn)至710m處揭露一條F11正斷層，斷層落差為1.3m，傾角為55°，巷道在過斷層期間支護(hù)設(shè)計(jì)不變。受采動及構(gòu)造應(yīng)力影響，巷道過F11斷層一個(gè)月后該處頂板出現(xiàn)破碎、局部下沉現(xiàn)象，隨著時(shí)間推移，斷層處頂板第三個(gè)月后下沉量達(dá)0.6m，不僅影響了巷道成型，而且嚴(yán)重威脅著巷道施工安全。對此正令煤礦通過技術(shù)研究決定采用錨索梁對斷層處頂板下沉區(qū)進(jìn)行維護(hù)。

2 錨索梁支護(hù)設(shè)計(jì)

2.1 施工工藝

（1）2108回風(fēng)順槽在頂板下沉區(qū)采用的錨索梁主要由11#工字鋼梁及錨索組成，鋼梁長度為3.8m，每根鋼梁上焊制三個(gè)Ф25mm的圓孔，錨索采用Ф21.6mm，長度為8.3m預(yù)應(yīng)力鋼絞線。

（2）首先在巷道進(jìn)向距頂板下沉區(qū)2.0m處采用MQT-130型氣動錨索鉆機(jī)、六棱中空鉆桿以及28mm八字形鉆頭聯(lián)合施工鉆孔，鉆孔深度為8.0m。每排施工3個(gè)鉆孔，鉆孔間距為1.6m，如圖1所示。

（3）鉆孔施工完后在每個(gè)鉆孔內(nèi)分別填裝樹脂錨固劑及錨索，每個(gè)鉆孔填裝3支錨固劑，2支型號為MSK23/60，1支型號為MSK23/60。錨索填裝后采用錨索機(jī)對其進(jìn)行錨固，錨固時(shí)間不得低于3min，錨索錨固后錨索外露長度控制在0.5m左右。

（4）當(dāng)?shù)谝慌佩^索施工完后，在錨索下方安裝工字鋼梁，鋼梁與巷道垂直布置，鋼梁與錨索之間采用規(guī)格為0.3×0.3m鋼托板及鎖具進(jìn)行固定，并采用MQ17-200/40型錨索張拉機(jī)具進(jìn)行預(yù)緊，確保工字鋼梁與頂板接觸嚴(yán)實(shí)。

（5）當(dāng)?shù)谝桓^索梁施工完后依次施工第二根、第三根錨索梁，錨索梁間距為1.0m，直至過頂板下沉區(qū)21.0m后停止施工。

（6）當(dāng)巷道下沉區(qū)頂板出現(xiàn)局部破碎、冒落鋼梁與頂板接觸不嚴(yán)實(shí)時(shí)，在相鄰兩根鋼梁之間架設(shè)水泥背板或半圓木等，確保錨索梁支護(hù)有效。

圖1 2108巷頂板下沉區(qū)錨索梁支護(hù)斷面、平面示意圖

2.2 安全施工技術(shù)措施

（1）在施工前必須確定下沉區(qū)影響范圍，合理選擇錨索長度、鋼梁長度以及錨索梁施工的起始位置。

（2）若巷道過高人工上錨索梁時(shí)必須搭設(shè)工作盤，工作盤采用直徑不低于300mm圓木搭設(shè)，搭設(shè)高度以便于施工為宜。

（3）在頂板下沉區(qū)施工鉆孔時(shí)，必須對鉆桿穿過的煤層、巖層厚度進(jìn)行觀察記錄，并確保鉆孔終孔位置位于堅(jiān)硬巖石層內(nèi)。

（4）在進(jìn)行錨索錨固時(shí)鉆機(jī)轉(zhuǎn)動勻速且嚴(yán)禁中間停頓，錨索錨固時(shí)間不得低于3min，錨固1h后必須進(jìn)行拉拔力實(shí)驗(yàn)，確保錨固牢固后方可安裝鋼梁。

（5）頂板下沉區(qū)錨索梁施工完后，必須確保每一根鋼梁與頂板接觸嚴(yán)實(shí)，定期對鋼梁變形情況進(jìn)行觀察記錄，若鋼梁變形特變嚴(yán)重時(shí)必須及時(shí)采取支護(hù)措施。

（6）錨索梁支護(hù)施工完后，在頂板下沉區(qū)安裝頂板離層儀，安排專人對頂板下沉、離層情況進(jìn)行觀察，并及時(shí)對錨索梁支護(hù)效果進(jìn)行分析。

3 應(yīng)用效果分析

（1）與傳統(tǒng)下沉破碎頂板支護(hù)工藝相比，如架設(shè)鋼棚、注漿等，錨索梁支護(hù)具有成本費(fèi)用低、工藝簡單、施工速度快等優(yōu)點(diǎn)；實(shí)踐證明，每架錨索梁成本費(fèi)用為320元，2108回風(fēng)順槽頂板下沉區(qū)施工9架錨索梁，共計(jì)成本費(fèi)用為2880元，同時(shí)2108回風(fēng)順槽施工錨索梁支護(hù)時(shí)，只需3名施工人員即可，施工9架錨索梁僅需7h，與架棚相比縮短了施工時(shí)間，共需勞動成本費(fèi)用為1000元，而采用架設(shè)工字鋼棚或注漿支護(hù)，需成本費(fèi)用達(dá)5萬余元，由此可見錨索梁支護(hù)有效降低了材料成本及勞動成本費(fèi)用。

（2）2108回風(fēng)順槽下沉區(qū)錨索梁采用長度為8.3m錨索，錨索錨固在頂板堅(jiān)硬巖石層內(nèi)，錨索梁將整個(gè)下沉離層區(qū)進(jìn)行懸吊，有效防止了下沉區(qū)影響范圍擴(kuò)大，2108回風(fēng)順槽施工完錨索梁后，通過三個(gè)月對該區(qū)域進(jìn)行觀察發(fā)現(xiàn)，錨索梁未出現(xiàn)嚴(yán)重變形情況，頂板最大下沉量為0.15m，有效阻止了頂板繼續(xù)下沉。目前錨索梁支護(hù)已在本礦及集團(tuán)公司其他煤礦類似巷道頂板下沉破碎區(qū)推廣應(yīng)用。

4 結(jié)語

山西汾西正令煤業(yè)有限責(zé)任公司對2108回風(fēng)順槽頂板下沉區(qū)進(jìn)行分析研究，決定采用錨索梁對下沉區(qū)頂板進(jìn)行支護(hù)，實(shí)踐證明錨索梁支護(hù)不僅降低了支護(hù)成本費(fèi)用，而且提高了支護(hù)效果，在后期觀測發(fā)現(xiàn)，錨索梁支護(hù)有效防止了頂板進(jìn)一步下沉，取得了顯著經(jīng)濟(jì)、安全效益。