劉植寧

（山西高平科興龍頂山煤業(yè)有限公司，山西 高平 048400）

1 概述

山西高平科興龍頂山煤業(yè)有限公司9102運輸順槽位于井田901 采區(qū)，巷道設(shè)計長度為2323m，巷道設(shè)計斷面規(guī)格為寬×高=4.8m×2.6m，巷道沿9#煤層頂板進行掘進。

9102 運輸順槽位于太原組中部，上距K7細砂巖39.94m，上距3 號煤層50～67.66m，平均58.39m，下距15 號煤層30.94～49.55m，平均37.75m。煤層厚度0～2.02m，平均1.60m，為中厚煤層，一般不含夾矸，為大部分可采的較穩(wěn)定煤層，井田內(nèi)中南部風(fēng)化剝蝕，在井田中部、東部出現(xiàn)不可采或沉積缺失。煤層頂板多為泥巖、砂質(zhì)泥巖、少量為細砂巖、鋁土泥巖，底板多為泥巖、砂質(zhì)泥巖，少量為細砂巖、粉砂巖。

9102 運輸順采用EBZ150 型掘進機掘進，截止2020年4月9102運輸順槽已掘進至780m處，巷道掘進至772m處揭露一條F2正斷層，斷層落差為1.7m，傾角為53°，斷層與巷道夾角為79°，受F2斷層影響，巷道掘進至760m巷道頂板出現(xiàn)破碎險情，原頂板采用錨桿索支護效果差、支護難度大，局部頂板出現(xiàn)冒落現(xiàn)象，威脅著巷道安全快速掘進。

2 原巷道頂板支護設(shè)計及問題分析

2.1 原頂板支護設(shè)計

2.1.1 臨時支護

9102運輸順槽掘進期間采用錨桿下掛吊環(huán)，吊環(huán)內(nèi)穿金屬管作為前探梁，前探梁上放置木板和金屬網(wǎng)，以構(gòu)木與木鍥進行背緊的臨時支護形式。吊環(huán)采用?100mm×4.5mm 的鐵管制作而成，配?18mm 的高強螺帽周圍雙層焊接，吊環(huán)擰緊在已打設(shè)安裝完畢的錨桿上。前探梁采用2根長3m、?90mm×5mm的鋼管按錨桿間排距均勻懸吊于巷道頂部錨桿上，每根前探梁用2個吊環(huán)固定。

2.1.2 永久支護

該掘進工作面采用錨網(wǎng)索支護作為永久支護，巷道頂板采用左旋螺紋鋼高強錨桿、錨索、6#鋼筋網(wǎng)聯(lián)合支護；煤柱側(cè)巷幫采用高強度圓鋼錨桿、6#鋼筋網(wǎng)聯(lián)合支護，回采側(cè)巷幫采用玻璃鋼錨桿、阻燃塑料網(wǎng)聯(lián)合支護。

（1）9102運輸順槽頂板采用左旋螺紋鋼高強錨桿，長度為2.4m，直徑為22mm，桿體屈服強度為335MPa，極限強度為400MPa，錨尾進行強化熱處理，屈服強度不小于桿體[1]，延伸率大于15%，桿尾螺紋規(guī)格M22，采用滾壓加工工藝成型，每排布置6 根，錨桿間距為0.9m，排距為1.0m，每排錨桿外露端安裝一根長度為4.8m“M”型鋼帶。

（2）9102 運輸順槽頂板錨索采用“二·一·二”布置方式，排距為3.0m，錨索長度為4.3m，直徑為17.8mm，錨索間距為3.0m，每根錨索外露端安裝一根長度為0.8m工字鋼梁。

2.2 支護問題分析

當(dāng)頂板相對穩(wěn)定時，原頂板支護滿足實際需求，但是9102 運輸順槽過F2斷層期間，施工條件相對復(fù)雜，原支護在斷層應(yīng)力區(qū)應(yīng)用存在很多技術(shù)難題，主要表現(xiàn)在以下幾方面：

（1）錨桿支護長度不足：原頂板錨桿長度為2.4m，錨固長度為0.6m，巷道在過F2斷層期間頂板受應(yīng)力作用出現(xiàn)破碎現(xiàn)象[2]，頂板裂隙帶高度發(fā)育，導(dǎo)致頂板往上3.0范圍內(nèi)巖體穩(wěn)定性差，在該區(qū)域采用長度為2.4m錨桿支護時不僅鉆孔施工難度大、錨固效果差，而且錨桿無法對破碎區(qū)域?qū)崿F(xiàn)懸吊支護作用。

（2）錨索支護強度低：原頂板支護設(shè)計中錨索長度為4.3m，而錨桿長度為2.4m，錨索與錨桿支護預(yù)應(yīng)力疊加，起不到對頂板整體加固作用[3]。

（3）支護托盤支護截面積?。涸ёo設(shè)計中同一排錨桿外露端安裝一根長度為4.8m“M”型鋼帶，該鋼帶寬度為0.15m，厚度為3mm，鋼帶不僅支護強度低，而且支護截面積小，無法對破碎頂板起到有效錨托作用。

3 頂板支護優(yōu)化設(shè)計

為了保證9102 運輸順槽安全快速過F2斷層應(yīng)力區(qū)，提高頂板整體穩(wěn)定性，決定對原頂板支護進行優(yōu)化。

3.1 大錨桿支護

為了解決原支護設(shè)計中錨桿支護不足的技術(shù)難題，提高錨桿的懸吊支護作用，決定對原錨桿支護進行優(yōu)化，采用大錨桿支護。

（1）大錨桿主要為長度為3.5m，直徑為28mm高強度鋼錨桿，錨桿屈服強度為478MPa，極限強度為520MPa，每根錨桿采用三支錨固劑錨固[4]，其中快速（MSK23/35 型）錨固劑2 支，中速（MSZ23/60 型）錨固劑1支，錨固力不低于270kN,預(yù)緊力不低于400N·m。

（2）為了避免頂板在施工密集支護孔時對頂板產(chǎn)生擾動破壞作用加劇了頂板破碎力度，原頂板錨桿支護優(yōu)化后每排由6 根錨桿縮減為5 根，錨桿間距為1.1m，排距為1.0m；錨桿垂直頂板布置。

（3）為了提高錨桿托盤支護強度及支護面積，優(yōu)化后頂板錨桿外露端安裝一根長度為4.8m“JW”型鋼帶，鋼帶由高錳鋼焊制而成，鋼帶厚度為4.5mm，寬度為0.32m，鋼帶抗剪強度為340MPa，該鋼帶相比M 型鋼帶具有支護截面積大、強度高、變形率低等優(yōu)點[5]。

3.2 梯形錨棚支護

為了進一步提高巷道頂板錨索支護效果，控制巷道直接頂穩(wěn)定性，決定在對原巷道頂板單錨索支護進行優(yōu)化，采用梯形錨棚支護。

（1）與傳統(tǒng)單錨索支護不同，梯形錨棚支護實現(xiàn)了同一排錨索聯(lián)鎖支護作用，9102 運輸順槽斷層處頂板施工的梯形錨棚支護主要由梯形托架、3根恒阻錨索組成。

（2）梯形托架主要由3 根長度為4.8m，直徑為18mm 圓鋼焊接而成，梯形托架寬度為0.45m，梯形托架兩端及中部焊接一個長及寬為0.3m鋼板，鋼板中部焊接一個直徑為27mm 支護孔。恒阻錨索長度為6.7m，直徑為21.8mm。

（3）首先在破碎巷道頂板施工3 根錨索鉆孔，鉆孔深度為6.7m，直徑為30mm，鉆孔間距為1.5m，鉆孔施工完后對鉆孔內(nèi)錨注三根錨索，然后在外露端安裝梯形托架，并采用鎖具進行預(yù)緊；梯形錨棚施工排距為2.0m。

4 結(jié)束語

截止2020 年4 月12 日9102 運輸順槽已掘進至840m且完全過F2斷層影響地段，通過對斷層破碎區(qū)頂板支護進行優(yōu)化后，巷道后期過F2斷層應(yīng)力區(qū)時頂板破碎現(xiàn)象得到了有效控制，避免了應(yīng)斷層影響導(dǎo)致頂板垮落事故，大大提高了巷道頂板支護效果及頂板穩(wěn)定性，取得了顯著應(yīng)用成效。