張 強(qiáng)

（潞安集團(tuán)司馬煤業(yè)公司，山西 長(zhǎng)治 047105）

1 概述

潞安集團(tuán)司馬煤業(yè)公司1208運(yùn)巷位于井田二采區(qū)西翼，巷道北部為二采區(qū)三條采區(qū)大巷，東部為1207采空區(qū)，南部為井田邊界，西部為實(shí)煤區(qū)，巷道東西走向布置。1208運(yùn)巷設(shè)計(jì)長(zhǎng)度為1250m，巷道為矩形斷面，設(shè)計(jì)斷面規(guī)格為寬×高=5.2×3.5m。施工巷道掘進(jìn)煤層為下二疊統(tǒng)山西組下部的3#煤層，煤層平均厚度為6.0m，平均傾角為4°，煤層不穩(wěn)定，含多層夾矸，煤體普氏系數(shù)f=1.5。1208運(yùn)巷沿3#煤層底板掘進(jìn)，預(yù)留頂煤厚度為2.5m，截至目前巷道已掘進(jìn)552m。

3#煤層無(wú)偽頂，直接頂主要以炭質(zhì)泥巖為主，平均厚度為2.2m，巖體成脆性，易破碎，巖體普氏系數(shù)f=3.5；基本頂主要以粉砂巖與粗砂巖混合為主，平均厚度為6.9m，較穩(wěn)定，巖體普氏系數(shù)f=5.0。

1208運(yùn)巷掘進(jìn)至560m處揭露一條F4正斷層，斷層落差為1.8m，傾角為52°。受構(gòu)造應(yīng)力影響，巷道在545～575m段形成構(gòu)造應(yīng)力破碎區(qū)。通過(guò)前期巷道掘進(jìn)觀察發(fā)現(xiàn)，在應(yīng)力區(qū)內(nèi)頂板原支護(hù)效果差，支護(hù)失效率高達(dá)21%，頂板出現(xiàn)下沉、破碎現(xiàn)象，隨著巷道延伸，下沉、破碎現(xiàn)象加劇，局部出現(xiàn)冒落現(xiàn)象，制約著巷道安全快速掘進(jìn)。

2 原頂板支護(hù)設(shè)計(jì)及存在的問(wèn)題

2.1 原頂板支護(hù)設(shè)計(jì)

（1）頂板支護(hù)。頂板采用錨桿、錨索、鋼帶聯(lián)合支護(hù)。頂板每排布置6根MSGLW-500/22×2400錨桿，間排距為0.9×1.0m；頂板鋼帶采用長(zhǎng)度為4.8m、寬度為0.15m“M”型鋼帶，鋼帶與巷道走向垂直布置，排距為1.0m；頂板錨索采用長(zhǎng)度為5.0m、直徑為17.8mm預(yù)應(yīng)力鋼絞線，錨索五花型布置，即第一排布置3根錨索，間距為1.8m，第二排布置兩根錨索，間距不變，錨索排距為2.0m，錨索外露端配套使用規(guī)格為長(zhǎng)×寬=0.3×0.3m拱形鋼托盤。

（2）巷幫采用單錨桿支護(hù)，兩幫每排布置3根MSGLW-500/22×2000錨桿，錨桿間排距為1.0m，第一根錨桿施工在距頂板0.5m處。

2.2 存在的問(wèn)題

（1）支護(hù)強(qiáng)度不足。1208運(yùn)巷沿3#煤層底板掘進(jìn)且預(yù)留頂煤，受煤層賦層以及掘進(jìn)破壞影響，頂煤力學(xué)性質(zhì)發(fā)生變化，煤體出現(xiàn)破碎、裂隙現(xiàn)象。原頂板錨桿長(zhǎng)度為2.4m，錨桿錨固端位于裂隙煤體內(nèi)，導(dǎo)致錨桿錨固端與煤體膠結(jié)穩(wěn)定性差。頂板鋼帶寬度為0.15m，支護(hù)斷面小，支護(hù)效果差。

（2）頂板承載能力低。受構(gòu)造應(yīng)力及圍巖應(yīng)力作用，施工巷道頂板穩(wěn)定性差，承載能力低。當(dāng)巷道停止掘進(jìn)補(bǔ)打頂板支護(hù)時(shí)，工作面煤壁對(duì)頂板承載梁產(chǎn)生剪切作用，破壞了頂板連續(xù)承載梁，加劇了頂板破壞力度。

（3）集中應(yīng)力破壞嚴(yán)重。1208運(yùn)巷在過(guò)斷層應(yīng)力區(qū)時(shí)，頂板受垂直向下集中應(yīng)力作用，導(dǎo)致頂板出現(xiàn)下沉現(xiàn)象，頂板支護(hù)在應(yīng)力集中區(qū)內(nèi)會(huì)造成支護(hù)屈服強(qiáng)度降低，出現(xiàn)疲軟現(xiàn)象，長(zhǎng)期作用會(huì)導(dǎo)致支護(hù)體變形、折斷等現(xiàn)象。而且受集中應(yīng)力作用，頂板對(duì)兩幫產(chǎn)生剪切應(yīng)力作用，造成巷幫與頂板之間肩角煤柱預(yù)留難度大，導(dǎo)致巷道呈尖狀型。

（4）鉆孔擾動(dòng)破壞嚴(yán)重。原頂板支護(hù)設(shè)計(jì)中每排布置6根錨桿，錨索每?jī)膳挪贾?根錨索，平均每米施工支護(hù)孔數(shù)量為8.5個(gè)，密集的支護(hù)孔破壞了頂板連續(xù)梁，同時(shí)支護(hù)孔在施工過(guò)程中，對(duì)頂板煤巖體產(chǎn)生擾動(dòng)破壞，加劇了煤巖體裂隙發(fā)育，使頂板圍巖松動(dòng)圈范圍不斷擴(kuò)大，增加了支護(hù)難度。

3 應(yīng)力區(qū)支護(hù)設(shè)計(jì)優(yōu)化

3.1 永久支護(hù)優(yōu)化

為了有效解決上述問(wèn)題，提高永久支護(hù)效果，1208運(yùn)巷在應(yīng)力區(qū)內(nèi)對(duì)原頂板錨桿（索）支護(hù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。

（1）錨桿、鋼帶支護(hù)優(yōu)化。優(yōu)化后頂板采用長(zhǎng)度為3.5m、直徑22mm左旋無(wú)縱筋加長(zhǎng)錨桿，每排5根，錨桿間距為1.1m，排距為1.5m，錨桿與鋼帶配套使用；鋼帶采用長(zhǎng)度為4.8m、寬度為0.28m“JW”型鋼帶。如圖1所示。

（2）錨索支護(hù)優(yōu)化。優(yōu)化后頂板錨索采用長(zhǎng)度為8.0m、直徑為21.6mm高預(yù)應(yīng)力恒阻錨索，每排布置2根，錨索間排距為3.0m，錨索外露端安裝一根長(zhǎng)度為0.6m、寬度為0.35m“JW”型鋼梁。

3.2 安裝“L”型鋼帶

為了防止肩角煤柱剪切破壞，決定對(duì)巷道兩幫肩角煤柱安裝“L”型鋼帶進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù)作用。

（1）L型鋼帶頂板段長(zhǎng)度為1.5m，巷幫段長(zhǎng)度為2.0m，鋼帶寬度為0.3m，頂板段及巷幫段各布置兩個(gè)孔徑為30mm圓孔，間距為1.0m，鋼帶拐角處焊制一個(gè)孔徑30mm圓孔。

（2）L型鋼帶安裝在鋼帶兩端肩角煤柱處，頂板段鋼帶與頂板“JW”型鋼帶疊加布置，在巷幫段鋼帶施工兩根長(zhǎng)度為2.0m、直徑為20mm左旋無(wú)縱筋螺紋鋼錨桿進(jìn)行固定，并代替巷道巷幫兩根支護(hù)。

（3）在鋼帶拐點(diǎn)處施工一根長(zhǎng)度為5.0m、直徑為17.8mm預(yù)應(yīng)力錨索，錨索成45°仰角布置，在錨索外露端安裝一根長(zhǎng)度為0.5m“11#”鋼梁，如圖1所示。

3.3 注漿錨棚支護(hù)

（1）應(yīng)力區(qū)頂板每排施工3根注漿錨桿，錨桿間距為1.5m，錨桿長(zhǎng)度為3.0m，直徑為30mm，錨桿中空狀，中部孔徑為14mm；錨桿兩側(cè)各均勻焊制5個(gè)直徑為10mm圓孔且與中部圓孔聯(lián)通，側(cè)孔間距為0.5m。

（2）注漿錨桿施工完后錨桿尾端安裝注漿管與注漿泵連接進(jìn)行注漿施工，注漿液采用聚氨酯粘合劑，注漿壓力為1.0MPa。注漿后及時(shí)采用膨脹水泥對(duì)注漿錨桿端頭中部孔進(jìn)行封堵。

（3）注漿錨桿施工完后在錨桿安裝一根長(zhǎng)度為4.5m工字鋼梁，并采用螺母進(jìn)行預(yù)緊，在鋼梁兩端采用卡纜固定兩根長(zhǎng)度為3.5m工字鋼棚腿，鋼棚必須支設(shè)穩(wěn)定且保證頂梁與頂板接觸嚴(yán)實(shí)。

（4）注漿錨棚支護(hù)間距為1.5m，為了保證鋼棚支護(hù)穩(wěn)定性，在相鄰兩架鋼棚棚腿之間安裝兩組拉桿。

圖1 1208運(yùn)巷斷層應(yīng)力區(qū)聯(lián)合支護(hù)斷面示意圖

3.4 縱向桁架錨索支護(hù)

為了削弱頂板集中應(yīng)力作用，決定對(duì)應(yīng)力區(qū)巷道頂板施工縱向邁步式錨索桁架支護(hù)。

（1）每組桁架錨索支護(hù)主要由兩根長(zhǎng)度為5.0m、直徑為17.8mm錨索，兩根長(zhǎng)度為1.8m、直徑為20mm圓鋼托架以及一根雙向張拉器組成。

（2）首先沿巷道走向施工兩根錨索，錨索間距為3.0m，錨索傾角為75°。兩根錨索施工在距巷道左幫1.5m處，錨索施工后在錨索外露端分別安裝一根圓鋼托架并采用張拉器預(yù)緊。

（3）第二組桁架錨索支護(hù)施工距巷道右?guī)?.5m，兩組桁架錨索間距為2.0m，且第二組桁架錨索支護(hù)與第一組桁架錨索邁步式布置，如圖2所示，依次類推直至工作面完全過(guò)斷層應(yīng)力區(qū)。

圖2 1208運(yùn)巷斷層應(yīng)力區(qū)聯(lián)合支護(hù)平面示意圖

4 結(jié)論

（1）1208運(yùn)巷通過(guò)對(duì)頂板永久支護(hù)進(jìn)行優(yōu)化后，提高了支護(hù)質(zhì)量及支護(hù)強(qiáng)度，在后期應(yīng)力區(qū)掘進(jìn)中頂板支護(hù)失效率降低至3%以下。

（2）對(duì)應(yīng)力區(qū)巷道肩角煤柱安裝“L”型鋼帶后，加強(qiáng)了肩角煤柱穩(wěn)定性，解決了傳統(tǒng)圍巖支護(hù)時(shí)肩角煤柱支護(hù)不到位、煤柱預(yù)留難度大等技術(shù)難題，提高了巷道成型率。

（3）通過(guò)對(duì)應(yīng)力區(qū)巷道施工注漿錨棚支護(hù)后，實(shí)現(xiàn)了鋼棚主動(dòng)和被動(dòng)同步支護(hù)作用，提高了鋼棚支撐作用力，防止了鋼棚變形現(xiàn)象，同時(shí)頂板進(jìn)行注漿支護(hù)對(duì)頂板裂隙帶進(jìn)行有效填充、粘接，使頂板破碎煤體單軸抗壓強(qiáng)度提高至53MPa，保證了頂板承載作用。

（4）通過(guò)安裝縱向錨索桁架支護(hù)后，削弱了集中應(yīng)力對(duì)頂板垂直破壞，控制了頂板下沉現(xiàn)象，后期在掘進(jìn)過(guò)程中頂板最大下沉量控制在0.15m以下，位于斷層帶處頂板盡管有下沉，但未出現(xiàn)頂板斷裂、冒落現(xiàn)象。