牛國(guó)強(qiáng)

（潞安集團(tuán)余吾煤業(yè)有限公司，山西 長(zhǎng)治 046100）

1 概況

潞安集團(tuán)余吾煤業(yè)有限公司N1206回風(fēng)順槽位于井田北風(fēng)井西翼采區(qū)，巷道北接膠帶大巷，南側(cè)為實(shí)體煤，西側(cè)為綜采工作面，東側(cè)為N1207回風(fēng)順槽，巷道設(shè)計(jì)總長(zhǎng)度為927m，設(shè)計(jì)斷面規(guī)格為寬×高=4.5×3.8m。

N1206回風(fēng)順槽掘進(jìn)煤層為石炭系3#煤層，平均厚度為6.34m。煤層含有一層偽頂，主要以泥巖為主，平均厚度為0.8m；直接頂主要以泥巖與砂巖混合層為主，平均厚度為2.5m；基本頂主要以粗砂巖為主，平均厚度為9.1m。施工巷道從盤(pán)區(qū)回風(fēng)巷沿3#煤層底板開(kāi)口掘進(jìn)，預(yù)留頂煤厚度為2.6m，巷道開(kāi)口掘進(jìn)30m及60m后分別與盤(pán)區(qū)軌道巷、膠帶大巷貫通，然后構(gòu)筑風(fēng)橋后巷道繼續(xù)掘進(jìn)。

N1206回風(fēng)順槽初步支護(hù)設(shè)計(jì)中，頂板采用錨桿、錨索聯(lián)合支護(hù)。每排布置5根錨桿，錨桿長(zhǎng)度為2.0m，每排錨桿配套一根M型鋼帶，長(zhǎng)度為4.2m，錨桿間排距為1.0m；頂板錨索長(zhǎng)度為4.5m，每排布置三根，間距為1.8m，排距為3.0m，錨索外露端采用一根長(zhǎng)度為0.6m工字鋼梁及鎖具進(jìn)行預(yù)緊。

N1206回風(fēng)順槽采用綜合機(jī)械化掘進(jìn)施工工藝，巷道已掘進(jìn)483m。根據(jù)余吾礦地測(cè)科提供資料顯示，施工巷道掘進(jìn)至470m處位于巷道北側(cè)25m處揭露一條F3逆斷層，斷層落差為2.8m，傾角為42°，斷層走向與巷道走向一致。受斷層應(yīng)力影響，施工巷道掘進(jìn)至475m處進(jìn)入應(yīng)力破碎區(qū)，預(yù)計(jì)長(zhǎng)度為31m。

施工巷道在470～483m掘進(jìn)階段，由于頂板壓力大，頂煤承載能力低，出現(xiàn)嚴(yán)重破碎現(xiàn)象，原頂板支護(hù)失效現(xiàn)象嚴(yán)重。為了加強(qiáng)頂板穩(wěn)定性，決定對(duì)頂板架設(shè)鋼棚及施工加長(zhǎng)錨索進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù)。但是由于鋼棚屬于被動(dòng)支護(hù)，頂壓加大時(shí)鋼棚變形嚴(yán)重，同時(shí)受支護(hù)鉆孔施工擾動(dòng)破壞影響，在施工加長(zhǎng)錨索時(shí)，進(jìn)一步破壞了頂板整體性，造成頂板破碎范圍擴(kuò)大，未起到預(yù)期加強(qiáng)支護(hù)作用。

2 巷道斷面及工藝優(yōu)化

（1）為了提高頂板煤承載能力，降低垂直應(yīng)力對(duì)頂板破壞作用，通過(guò)研究決定，對(duì)N1206回風(fēng)順槽應(yīng)力破碎區(qū)域巷道斷面進(jìn)行優(yōu)化。決定將應(yīng)力區(qū)巷道設(shè)計(jì)為半圓拱形斷面，巷道斷面規(guī)格為寬×高=4.5×3.8m，其中上部拱形斷面高度為2.25m，下部矩形斷面高度為1.55m。半圓拱形斷面松動(dòng)爆破與機(jī)械聯(lián)合掘進(jìn)施工工藝。

（2）首先施工巷道半圓拱形斷面的松動(dòng)爆破鉆孔，共計(jì)布置三排扇形松動(dòng)爆破孔，每排布置10個(gè)爆破孔，孔排距為1.0m，炮孔深度為1.2m，炮孔垂直煤壁布置。

（3）為了保證拱形斷面施工質(zhì)量，爆破施工前在拱形外圍施工一排扇形超前撞楔錨桿支護(hù)。共計(jì)施工15根，每排超前支護(hù)深度為1.2m，相鄰兩排超前支護(hù)交錯(cuò)布置。

（4）超前支護(hù)及松動(dòng)爆破鉆孔施工完后，對(duì)下部矩形斷面采用掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn)，單茬掘進(jìn)深度為1.2m。

（5）下部斷面機(jī)械掘進(jìn)后，對(duì)上部拱形斷面松動(dòng)炮孔依次填裝礦用乳化炸藥及毫秒延期電雷管。每孔裝藥量不得大于300g，每孔封孔長(zhǎng)度不得低于0.5m，爆破腳線采用串聯(lián)連接方式，每次允許爆破炮孔數(shù)量不得超過(guò)5個(gè)。全斷面掘進(jìn)完成后及時(shí)清理工作面浮煤，并補(bǔ)打頂板永久支護(hù)。

（6）巷道在爆破施工前必須在所有可能進(jìn)入爆破地點(diǎn)入口攔人設(shè)警戒，警戒距離不得低于120m。爆破施工時(shí)嚴(yán)格執(zhí)行“一炮三檢、三人連鎖”放炮制度。

3 支護(hù)設(shè)計(jì)優(yōu)化

為了提高應(yīng)力區(qū)破碎頂板支護(hù)強(qiáng)度，減小鉆孔施工擾動(dòng)破壞影響，降低支護(hù)成本費(fèi)用，決定對(duì)應(yīng)力區(qū)巷道頂板采取錨棚聯(lián)合支護(hù)技術(shù)。

3.1 施工工藝

（1）錨棚支護(hù)主要由U29型鋼棚、錨索、連接桿、護(hù)板等部分組成。U29型鋼棚主要由棚腿、頂梁、卡纜、連接桿等部分組成，頂梁共計(jì)焊制5個(gè)圓孔，孔徑為40mm。

（2）巷道施工完后，在巷道兩幫處安裝U29型鋼棚棚腿，棚腿長(zhǎng)度為1.55m，棚腿安裝后采用固定錨桿將棚腿與巷幫進(jìn)行固定，如圖1所示。

（3）兩根棚腿安裝后，將頂梁兩端插入棚腿內(nèi)，疊加長(zhǎng)度不得低于0.2m，然后采用卡纜進(jìn)行固定并進(jìn)行預(yù)緊，預(yù)緊力不得低于200N·m。頂梁安裝時(shí)保證頂梁面與巷道拱形面接觸嚴(yán)實(shí)。

（4）一架拱形鋼棚安裝后，采用MT-30型風(fēng)動(dòng)鉆機(jī)配套六棱中空鉆桿，以及直徑為30mm“八”字型鉆頭進(jìn)行頂板鉆孔施工，鉆孔深度為8.0m，共計(jì)5個(gè)，鉆孔與鋼棚頂梁圓孔對(duì)應(yīng)布置。

（5）頂板鉆孔施工完后，在鉆孔內(nèi)依次填裝錨固劑及長(zhǎng)度為8.0m高強(qiáng)度預(yù)應(yīng)力錨索，錨索外露長(zhǎng)度為0.3m，外露端采用一根長(zhǎng)度為0.25m工字鋼梁及鎖具將鋼棚頂梁與頂板進(jìn)行預(yù)緊，預(yù)緊力不得低于180kN。

（6）第一架錨棚支護(hù)施工完后，以相同工序施工第二架錨棚支護(hù)，棚間距為1.0m。相鄰兩架錨棚頂梁之間采用15根長(zhǎng)度為1.0m、直徑為22mm螺紋鋼拉桿進(jìn)行連接，螺紋拉桿與頂板預(yù)留間隙為0.15m，在欄桿與頂板之間安裝長(zhǎng)度為1.0m、寬度為0.2m鋼筋水泥背板，使巷道頂板形成砌碹結(jié)構(gòu)。

圖1 N1206回風(fēng)順槽應(yīng)力區(qū)破碎頂板錨棚支護(hù)示意圖

3.2 錨棚支護(hù)技術(shù)優(yōu)缺點(diǎn)

（1）降低支護(hù)成本。應(yīng)力區(qū)破碎頂板傳統(tǒng)支護(hù)設(shè)計(jì)中每米需施工5根單錨桿、一根M型鋼帶、一根錨索，在后期還需安裝一架鋼棚進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù)，支護(hù)成本費(fèi)用2147元/m。采用錨棚支護(hù)技術(shù)后，巷道每米需施工5根單錨索以及一架U29型鋼棚，支護(hù)成本費(fèi)用為1050元/m，大大降低了巷道支護(hù)成本費(fèi)用，而且與傳統(tǒng)支護(hù)工藝相比，錨棚支護(hù)工藝簡(jiǎn)單，縮短了巷道支護(hù)時(shí)間。

（2）支護(hù)效果好。錨棚支護(hù)技術(shù)將鋼棚與單錨索相結(jié)合對(duì)頂板進(jìn)行聯(lián)合支護(hù)，彌補(bǔ)了單一主動(dòng)支護(hù)或被動(dòng)支護(hù)的不足。通過(guò)主動(dòng)與被動(dòng)相結(jié)合的方式對(duì)頂板進(jìn)行支護(hù)，改變了頂板力學(xué)性質(zhì)，減小了頂板應(yīng)力破壞作用，增加了頂板穩(wěn)定性。

（3）應(yīng)用領(lǐng)域廣。錨棚支護(hù)不僅可用于掘進(jìn)巷道破碎頂板中，而且還可用于其他工作面破碎頂板中，如大斷面硐室、大斷面切巷以及回采面端面破碎頂板中，同時(shí)在其他領(lǐng)域中也可進(jìn)行應(yīng)用，如隧道、石油、橋梁等，應(yīng)用區(qū)域及前景廣。

（4）存在的不足：①對(duì)鋼棚架設(shè)技術(shù)要求相對(duì)嚴(yán)格，鋼棚架設(shè)質(zhì)量直接影響錨棚支護(hù)質(zhì)量；②錨棚支護(hù)時(shí)勞動(dòng)強(qiáng)度大，一架錨棚支護(hù)需4人配合施工；③錨棚支護(hù)施工完后10d內(nèi)，需安排專人對(duì)錨棚進(jìn)行觀察，出現(xiàn)錨棚失效時(shí)必須及時(shí)更換。

4 結(jié)束語(yǔ)

對(duì)N1206回風(fēng)順槽應(yīng)力區(qū)巷道斷面進(jìn)行優(yōu)化，提出了錨棚支護(hù)技術(shù)。實(shí)際應(yīng)用效果表明，半圓拱形斷面降低了垂直應(yīng)力對(duì)頂板破壞力度，提高了頂板支護(hù)效果，可節(jié)約成本費(fèi)用達(dá)3.2萬(wàn)元。N1206回風(fēng)順槽過(guò)應(yīng)力破碎區(qū)掘進(jìn)速度由原來(lái)的2.4m/d提高至6.7m/d。在錨棚支護(hù)施工完后7d范圍內(nèi)，頂板出現(xiàn)局部下沉現(xiàn)象，最大下沉量?jī)H為0.12m，錨棚支護(hù)未出現(xiàn)失效現(xiàn)象，取得了顯著成效。