史長(zhǎng)軍

（同煤集團(tuán)四老溝煤礦，山西 大同 037003）

1 概況

大同煤礦集團(tuán)四老溝煤礦8106工作面頂抽巷位于主運(yùn)大巷東北部，東部為8102工作面，北部、西部未開(kāi)拓，上覆有該礦侏羅系4#、11#采空區(qū)。8106工作面頂抽巷設(shè)計(jì)長(zhǎng)度為1388m，已由機(jī)掘一隊(duì)施工215m，剩余1173m。巷道設(shè)計(jì)斷面為寬×高=3.5×3.0m，巷道沿3～5#石炭系煤層掘進(jìn)，無(wú)偽頂，直接頂主要以炭質(zhì)泥巖及煤混合層為主，平均厚度為4.5m，其中煤層厚度為0.8m；基本頂主要以粉砂巖為主，平均厚度為8.9m。

8106頂抽巷初步設(shè)計(jì)中，頂板采用錨桿、錨索、金屬網(wǎng)、鋼帶進(jìn)行聯(lián)合支護(hù)，巷幫采用單錨桿支護(hù)。由于8106頂抽巷與上覆4#、11#層采空區(qū)層間距為11.2m，受采空區(qū)壓力影響，巷道在掘進(jìn)時(shí)頂板壓力集中現(xiàn)象明顯，在前期掘進(jìn)過(guò)程中頂板出現(xiàn)局部破碎及下沉現(xiàn)象，巷幫移近量加大，頂板最大下沉量達(dá)0.47m，巷幫最大移近量達(dá)0.56m。為保證巷道掘進(jìn)安全，機(jī)掘一隊(duì)采用架設(shè)工字鋼棚及注漿進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù)，通過(guò)實(shí)際應(yīng)用發(fā)現(xiàn)，架棚后頂板下沉速度雖然得到有效控制，但隨著頂板裂隙延伸，頂板破碎范圍擴(kuò)大，頂板仍繼續(xù)下沉。在支設(shè)完鋼棚及注漿15d后頂板下沉量達(dá)0.54m，巷幫移近量達(dá)0.68m，部分鋼棚頂梁出現(xiàn)彎曲、斷裂現(xiàn)象。

2 原支護(hù)方案效果不好的原因分析

（1）巷道掘進(jìn)后頂板形成承載梁結(jié)構(gòu)，通過(guò)施工錨桿、錨索對(duì)承載梁進(jìn)行加固，從而提高頂板穩(wěn)定性，而錨桿、錨索主要通過(guò)懸吊作用及組合梁加固作用對(duì)頂板加固，且錨固端應(yīng)位于頂板堅(jiān)硬巖體內(nèi)。8106頂抽巷直接頂主要以炭質(zhì)泥巖、煤混合層為主，厚度為4.5m，受壓影響該區(qū)域巖體出現(xiàn)破碎現(xiàn)象形成松動(dòng)圈，而巷道設(shè)計(jì)錨桿長(zhǎng)度為2.5m，錨固端位于松動(dòng)圈內(nèi)，無(wú)法對(duì)頂板承載梁結(jié)構(gòu)起到懸吊和組合梁加固作用，而錨索為點(diǎn)性支護(hù)結(jié)構(gòu)，無(wú)法對(duì)大范圍頂板起到支護(hù)作用。

（2）在應(yīng)力區(qū)巷道掘進(jìn)時(shí)，巷幫與頂板存在錯(cuò)動(dòng)的水平剪切力，這是造成巷幫位移的主要原因，采用單一錨桿支護(hù)時(shí)只是對(duì)巷幫局部進(jìn)行維護(hù)，無(wú)法消除巷幫水平應(yīng)力。

（3）應(yīng)力集中區(qū)巷道掘進(jìn)時(shí)采用鋼棚、注漿等聯(lián)合支護(hù)，不僅施工工序繁瑣，還加大了勞動(dòng)強(qiáng)度，而且支護(hù)費(fèi)用高，支護(hù)效果差。根據(jù)8106頂抽巷前期支護(hù)現(xiàn)狀分析發(fā)現(xiàn)，巷道掘進(jìn)量?jī)H為3.2m/d，單米巷道支護(hù)成本費(fèi)用達(dá)470元。

3 錨索桁架支護(hù)方案

3.1 頂板桁架原理

桁架支護(hù)主要是在巷道頂板或巷幫穩(wěn)定區(qū)施工傾角支護(hù)體，通過(guò)安裝桁架連接器，使支護(hù)體之間形成閉鎖結(jié)構(gòu)，并與頂板或巷幫進(jìn)行線或面接觸，從而形成垂直巖體的承載力，削弱應(yīng)力作用，提高巖體穩(wěn)定性，同時(shí)可防止支護(hù)失效，如圖1所示。

圖1 煤巷頂、幫桁架支護(hù)原理示意圖

3.2 頂板桁架支護(hù)材料選取

8106頂抽巷桁架支護(hù)體選取長(zhǎng)度為6.5m、直徑21.6mm高強(qiáng)度預(yù)應(yīng)力鋼絞線，頂板桁架選取長(zhǎng)度為2.0m、直徑30mm圓鋼，頂板連接器選用特制的四孔張拉器，幫部桁架選取長(zhǎng)度為1.6m、直徑為30mm圓鋼，連接器采用雙孔張拉器。

3.3 頂板桁架支護(hù)設(shè)計(jì)

（1）8106頂抽巷頂板采用交叉式桁架支護(hù)。首先分別在距巷幫0.5m處施工兩組肩角錨索，每組兩根，錨索與頂板呈60°夾角，每根錨索采用三支錨固劑錨固，錨固后錨固力不得低于170kN，錨索外露長(zhǎng)度為0.25m。兩組肩角錨索間距為2.0m，施工在頂板鋼帶中間。

（2）在相鄰兩組肩角錨索外露端安裝圓鋼托架，并采用四孔張力器交叉預(yù)緊，預(yù)緊力不得低于150kN，相鄰兩組交叉桁架支護(hù)間距為2.0m。

（3）在相鄰兩組交叉桁架支護(hù)中間施工一組對(duì)拉桁架支護(hù)，施工工藝及技術(shù)要求與交叉桁架支護(hù)相同，如圖2所示。

3.4 巷幫桁架支護(hù)

（1）8106頂抽巷幫部采用縱橫交錯(cuò)式桁架支護(hù)，縱向桁架支護(hù)分別在幫部距頂板0.5m，距底部0.8m處分別施工兩根傾角錨索，根據(jù)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，傾角錨索與巷幫呈45°～55°左右時(shí)效果最好。傾角錨索施工完后，采用雙向拉緊器進(jìn)行預(yù)緊，預(yù)緊力不得低于100kN，縱向桁架支護(hù)間距為2.0m，桁架支護(hù)長(zhǎng)度為1.6m，如圖2所示。

（2）縱向桁架支護(hù)施工完后，在相鄰兩根縱向桁架支護(hù)之間施工兩根橫向桁架支護(hù)，第一根施工在距頂板0.6m處，第二根施工在距頂板2.1m，橫向桁架支護(hù)長(zhǎng)度為1.8m。

圖2 8106頂抽巷頂板、巷幫桁架支護(hù)平面示意圖

4 效果

（1）8106頂抽巷頂板及幫采用桁架支護(hù)后，有效阻止了頂板下沉、巷幫移近現(xiàn)象，頂板最大下沉量?jī)H為0.14m，巷幫最大移近量?jī)H為0.22m。

（2）與架棚、注漿支護(hù)相比，采用桁架支護(hù)后，8106頂抽巷在掘進(jìn)時(shí)可降低單米巷道支護(hù)費(fèi)用至210元，而且降低了支護(hù)勞動(dòng)強(qiáng)度，簡(jiǎn)易了支護(hù)工序，減少了巷道維護(hù)時(shí)間，提高了巷道掘進(jìn)速度，在后期巷道掘進(jìn)時(shí)平均掘進(jìn)量達(dá)8.7m/d。

（3）通過(guò)實(shí)際應(yīng)用發(fā)現(xiàn)，桁架支護(hù)技術(shù)能夠有效控制巷道頂板下沉、離層、巷幫松散變形等現(xiàn)象，在深井高應(yīng)力軟巖巷道圍巖關(guān)鍵部位加固等復(fù)雜條件下的應(yīng)用具有很強(qiáng)的靈活性和針對(duì)性。