陳永昌 李志鵬

(大同煤礦集團(tuán)朔州朔煤王坪煤電有限責(zé)任公司，山西 懷仁 038300)

1 概況

303盤區(qū)8301面布置于5#煤層中，由于5#煤層與51#煤層上下層間距為2.0～3.0m，所以在布置巷道時為了避開上覆采空區(qū)煤柱壓力影響，將工作面布置在壓力較小的51#煤層采空區(qū)下部，采取內(nèi)錯式布置，5#煤層303盤區(qū)5301巷與上部51#煤層5301巷內(nèi)錯8m，5#煤層303盤區(qū)2301巷與上部51#煤層2301巷內(nèi)錯3.5m，切眼布置位置上部為實(shí)體煤。

該工作面煤層變化不大，平均煤厚1.9m，且煤層傾角?。s3～4°），構(gòu)造少。5#層2301掘進(jìn)工作面煤層頂?shù)装迩闆r如表1所示。

為滿足綜采設(shè)備安裝，皮帶順槽2301巷設(shè)計(jì)斷面為矩形，斷面寬為4.7m，高為2.8m，斷面面積為13.16m2；軌道順槽5301巷設(shè)計(jì)斷面為矩形，斷面寬為3.7m，高為2.8m，斷面面積為10.36m2。

表1 5#層2301掘進(jìn)工作面煤層頂?shù)装迩闆r

2 支護(hù)方案

2.1 支護(hù)方案的確定

5#層2301掘進(jìn)工作面煤層上覆頂板為泥巖，層間距為2～3m，且2301巷掘進(jìn)工作面頂板受到51#煤層開采動壓的影響，造成了頂板節(jié)理裂隙明顯發(fā)育，降低了頂板的自穩(wěn)能力、承載能力和完整性。在礦壓的作用下頂板的破壞沿著發(fā)育的節(jié)理裂隙繼續(xù)擴(kuò)大，受頂板的節(jié)理裂隙擴(kuò)大及頂板、上覆巖層雙重壓力作用下產(chǎn)生頂板下沉。因此，只有加強(qiáng)頂板自身承載能力，才能改變頂板的受力狀態(tài)，同時又能提高頂板的穩(wěn)定性能。從錨桿支護(hù)的組合梁及懸吊作用原理分析，頂板控制的關(guān)鍵是[1]：

（1）組合梁理論：采用高強(qiáng)度及高預(yù)應(yīng)力的錨桿，可以將5#層的頂板組成一個完整的組合梁，以提高該組合巖層的自承載能力。

（2）懸吊理論：由于上覆存在51#層的采空區(qū)，采用長錨桿和錨索懸吊無法在采空區(qū)下進(jìn)行懸吊。因此，采用錨桿、錨索、礦用工字鋼梁是較好的選擇。

錨桿錨索吊11#礦用工字鋼梁支護(hù)斷面圖如圖1所示。

圖1 錨桿錨索吊11#礦用工字鋼梁支護(hù)斷面圖

2.2 錨桿、錨索吊礦用工字鋼梁支護(hù)原理

（1）高預(yù)應(yīng)力錨桿、錨索支護(hù)能夠促使頂板進(jìn)一步擠壓加固，增強(qiáng)頂板抗彎強(qiáng)度，形成強(qiáng)度更大的組合梁。因此，錨桿、錨索吊11#礦用工字鋼梁支護(hù)可迫使頂板形成加固的組合梁。

（2）巷道頂板在錨桿、錨索吊11#礦用工字鋼梁支護(hù)的預(yù)應(yīng)力作用下，每根錨桿周圍都會形成錐形壓縮帶，而每個壓縮帶又彼此部分重疊，壓縮帶可以起到自承能力和支撐上覆巖層的作用。

（3）錨桿、錨索吊礦用工字鋼支護(hù)會促使所有錨桿、錨索共同作用形成一個整體，一旦有其中一根錨桿或錨索不起作用，11#礦用工字鋼梁又與其他錨桿、錨索分擔(dān)失效的錨桿（索）的作用，使支護(hù)更加安全可靠。

2.3 錨桿、錨索、11#礦用工字鋼梁支護(hù)可行性

2.3.1 支護(hù)作用機(jī)理

該組合式支護(hù)系統(tǒng)不僅可以改變巷道圍巖的受力狀態(tài)，而且還可以有效限制巷道頂板的變形量，并將頂板的變形延伸到巷道兩側(cè)。錨桿、錨索、工字鋼梁支護(hù)是一種理想的支護(hù)手段，不僅緊貼頂板，而且可以施加較大的預(yù)應(yīng)力，實(shí)現(xiàn)主動支護(hù)。

2.3.2 支護(hù)的可行性

預(yù)應(yīng)力錨桿可有效提高圍巖的殘余強(qiáng)度，充分發(fā)揮圍巖自身的承載能力。在錨桿的約束與抗剪作用下，使塑性破壞后易于松動的煤巖體形成具有一定承載能力并可適應(yīng)圍巖變形的錨固平衡拱，從而提高頂板的整體性，防止頂板松散冒落。錨桿支護(hù)形成的錨固平衡拱是掘進(jìn)迎頭空頂上方頂板自穩(wěn)的基礎(chǔ)。因此，使用錨桿支護(hù)可以有效地阻止頂板松散冒落[2]。

巷道支護(hù)關(guān)鍵是頂板，巷道采用錨桿、錨索、工字鋼梁支護(hù)是完全有必要的。但是，考慮到頂板為泥巖復(fù)合頂板，同時上方為采空區(qū)的特殊條件，采用長錨索或增加錨桿長度的方法是不可行的，而錨桿、錨索吊工字鋼很好地解決了以上問題。

3 支護(hù)方式

3.1 臨時支護(hù)

掘進(jìn)時采用機(jī)載前探梁臨時支護(hù)，不得空頂作業(yè)和超控頂距作業(yè)，工作時先進(jìn)行敲幫問頂后再進(jìn)入工作面，處理掉零皮、活矸、危巖，確認(rèn)安全之后方可工作。

3.2 永久支護(hù)

（1）進(jìn)入51#煤層采空區(qū)下部區(qū)域時，頂板每米支設(shè)2根螺紋鋼錨桿，垂直頂板支設(shè)，兩邊各支設(shè)1根3.0m長錨索，錨索與頂板夾角為50°，錨桿、錨索帶11#礦用工字鋼梁規(guī)格為3000mm，錨桿、錨索外帶100×60×10mm的小鐵托板，錨索再帶一個角度為50°的鐵托盤，采用直徑為50mm的圓鋼中間打孔加工。錨桿、錨索支護(hù)間排距為1000×900mm，頂板鋪設(shè)金屬網(wǎng)，規(guī)格為長5500mm，寬1200mm。如果頂板破碎或有壓力時在鋼梁兩端支設(shè)棚腿進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù)。

（2）掘進(jìn)過程中，錨桿長度根據(jù)層間距厚度選用，層間距為2m以下時，頂錨桿采用1.7m長的螺紋鋼錨桿，層間距在2～2.5m以下時，頂錨桿采用2m長的螺紋鋼錨桿，層間距在2.5m及以上時，采用2.5m長的螺紋鋼錨桿。

（3）兩幫各打2排螺紋鋼幫錨桿，錨桿長度為1.7m，間排距為1500×1200mm。片幫嚴(yán)重時和頂板破碎時兩幫各橫鋪一道金屬網(wǎng)并與頂網(wǎng)連接緊固，巷幫無片幫和頂板完好時，兩幫不鋪網(wǎng)。

（4）頂板錨桿設(shè)定錨桿預(yù)緊力200N·m, 錨固力不小于80kN。

（5）錨索設(shè)計(jì)錨固力200kN，預(yù)緊力80～96kN。

（6）錨固方式及長度：頂錨桿使用2卷樹脂錨固劑，頂部安設(shè)1卷型號為MSCK-23-35的樹脂，下部安設(shè)1卷型號為MSK-23-60的樹脂，錨固長度為872mm；錨索使用3卷樹脂，頂部安設(shè)1卷型號為MSCK-23-35的樹脂，下部安設(shè)2卷型號為MSK-23-60的樹脂，錨固長度為1406mm。

（7）金屬網(wǎng)：頂板金屬網(wǎng)選用8#鍍鋅鐵絲編織的菱形網(wǎng)，網(wǎng)孔規(guī)格50×50mm。金屬網(wǎng)長度為5500mm，寬度為1200mm。

4 巷道變形監(jiān)測

4.1 頂板離層監(jiān)測

在掘進(jìn)過程中在巷道中部每隔20m支一根信號木杠，并進(jìn)行編號管理，在巷道中部每隔50m設(shè)一組頂?shù)装逵^測站和兩幫位移量觀測站，掛牌管理，進(jìn)行定期和不定期觀察，定期為每10d進(jìn)行觀測一次，填寫觀測臺賬，進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，對圍巖表面位移、頂板離層進(jìn)行觀測。

4.2 支護(hù)效果分析

掘進(jìn)巷道穩(wěn)定后兩幫相對移近量小于50mm，頂板相對移近量小于100mm。采用錨桿、錨索吊工字鋼梁支護(hù)方式能有效阻止近距離煤層掘進(jìn)巷道頂板離層、控制巷道圍巖變形，巷道掘進(jìn)影響期20d，巷道圍巖能快速趨于穩(wěn)定，支護(hù)質(zhì)量較好。

5 結(jié)論

（1）由于近距離煤層頂板的特殊性，使工作面頂板難以維護(hù)，掘進(jìn)施工難度大，在保證巷道斷面尺寸不變的情況下，采用錨桿、錨索吊工字鋼支護(hù)方式，大幅度節(jié)約了支護(hù)材料，降低了支護(hù)成本。

（2）從根本上改善了支護(hù)狀況，保證了安全生產(chǎn)，提高了掘進(jìn)速度，提前了圈面的時間，確保了礦井的采掘順利接替。

（3）減輕了工人的勞動強(qiáng)度，改善了作業(yè)環(huán)境。