趙慧龍

（陽泉煤業(yè)集團(tuán)長溝煤礦有限責(zé)任公司，山西 晉中 030600）

巷道掘進(jìn)過程中受原巖應(yīng)力、構(gòu)造應(yīng)力等多重壓力作用下，巷道圍巖出現(xiàn)變形、破碎、收縮等現(xiàn)象，特別是軟巖頂板在應(yīng)力作用下，降低了巖體自身承載作用，巖體出現(xiàn)裂隙，頂板出現(xiàn)下沉、破碎現(xiàn)象。傳統(tǒng)主要采用錨桿對圍巖進(jìn)行錨固，錨桿支護(hù)后在巖體內(nèi)形成組合拱或梁，增強(qiáng)圍巖穩(wěn)定性。但是對于結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定、裂隙發(fā)育充分的圍巖，錨桿在支護(hù)中往往支護(hù)強(qiáng)度不足、錨固效果差等，導(dǎo)致錨桿支護(hù)后未改善不穩(wěn)定頂板破碎現(xiàn)象。本文以長溝煤礦15121 進(jìn)風(fēng)巷為例，對破碎頂板的巷道掘進(jìn)采取讓壓恒阻錨索支護(hù)，提高巷道頂板的穩(wěn)定性。

1 概述

陽泉煤業(yè)集團(tuán)長溝煤礦有限責(zé)任公司15121 進(jìn)風(fēng)巷位于井田一盤區(qū)，巷道東部緊鄰F9 正斷層（產(chǎn)狀：292°∠50°，H=60.0 m）和15119 工作面（回采），南部為和順縣正邦良順煤業(yè)有限公司（礦界），西部緊鄰15123 工作面（已采），北部為南回風(fēng)大巷。15121 進(jìn)風(fēng)巷主要擔(dān)負(fù)著15121 工作面進(jìn)風(fēng)任務(wù)，巷道設(shè)計(jì)長度為750 m，設(shè)計(jì)斷面規(guī)格為寬×高=4.8×4.0 m，施工巷道沿15#煤層頂板掘進(jìn)，15#煤層平均厚度為4.87 m。

15121 進(jìn)風(fēng)巷的煤層直接頂主要以泥巖、砂巖及煤混合巖層為主，總厚度為2.3 m,其中煤層厚度為0.5 m（不可采），巖體互層膠結(jié)；基本頂主要以粗砂巖、K4 灰?guī)r為主，總厚度為11.4 m。

截 至2019 年8 月11 日15121 進(jìn) 風(fēng) 巷 已 掘 進(jìn)469 m，預(yù)計(jì)巷道掘進(jìn)至475 m 處揭露一條F3 正斷層，斷層落差為1.3 m，傾角為56°。受斷層影響，巷道掘進(jìn)至460 m 處時頂板出現(xiàn)破碎現(xiàn)象，巷道掘進(jìn)至465 m 處時局部頂板支護(hù)出現(xiàn)失效現(xiàn)象，原頂板錨桿支護(hù)無法滿足破碎頂板支護(hù)需求。

2 破碎頂板支護(hù)技術(shù)難題

通過對破碎頂板觀察發(fā)現(xiàn)，巷道在掘進(jìn)時頂板出現(xiàn)破碎現(xiàn)象，但未出現(xiàn)離層、下沉。當(dāng)巷道掘進(jìn)后0～3 d 范圍內(nèi)，破碎頂板開始下沉、變形，下沉?xí)r中部頂板下沉量最大，位于兩幫處頂板呈漸進(jìn)式下沉。伴隨著頂板下沉，頂板巖體破碎現(xiàn)象加劇，頂板巖體形成圍巖松動圈，且隨著時間推移松動圈范圍不斷向巖體內(nèi)部擴(kuò)大。錨桿在松動圈內(nèi)進(jìn)行支護(hù)時支護(hù)效果相對較差，支護(hù)難度大，主要表現(xiàn)在以下幾方面：

（1）錨桿錨固效果差。隨著頂板巖體破碎范圍不斷擴(kuò)大，當(dāng)圍巖松動圈范圍擴(kuò)大至錨桿錨固端時，錨固端巖體出現(xiàn)破碎，造成錨桿錨固劑在破碎圍巖中粘接效果差，導(dǎo)致錨桿錨固力達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，錨桿失效現(xiàn)象嚴(yán)重。

（2）讓壓效果差。通過現(xiàn)場觀察發(fā)現(xiàn)，巷道中部頂板下沉最嚴(yán)重，最大下沉量為0.44 m。當(dāng)頂板出現(xiàn)下沉?xí)r，頂板對錨桿拉拔作用力加強(qiáng)，而傳統(tǒng)錨桿鋼性強(qiáng)，讓壓效果差，無法適應(yīng)頂板大變形，導(dǎo)致錨桿外露端安裝的鋼帶出現(xiàn)變形、折斷現(xiàn)象，與頂板接觸面積不到60%，降低了支護(hù)強(qiáng)度。

（3）錨桿抗應(yīng)力強(qiáng)度低。傳統(tǒng)頂板采用的是長度為2.5 m、直徑為22 mm左旋無縱筋螺紋鋼錨桿，錨桿抗拉強(qiáng)度為360 MPa，延伸率不足3%，在大變形破碎頂板中錨桿抗應(yīng)力強(qiáng)度較低，導(dǎo)致錨桿剪切破壞嚴(yán)重，出現(xiàn)斷裂現(xiàn)象。

3 讓壓恒阻錨索支護(hù)應(yīng)用

3.1 支護(hù)工藝

為了解決錨桿在破碎頂板支護(hù)中出現(xiàn)的技術(shù)難題，決定采用讓壓恒阻錨索支護(hù)對F3 斷層附近進(jìn)行支護(hù)。

（1）15121 進(jìn)風(fēng)巷破碎頂板采用的讓壓恒阻錨索支護(hù)主要由恒阻錨索、讓壓機(jī)構(gòu)、支護(hù)托梁等部分組成。其中恒阻錨索長度為6.0 m，錨索直徑為21.6 mm；讓壓機(jī)構(gòu)長度為0.3 m，讓壓范圍為0～0.25 m，承載能力為850 MPa；支護(hù)托梁長度為3.0 m，寬度為0.5 m，由厚度為5 mm鋼板制成，托梁上均勻焊制三個直徑為30 mm 圓孔，孔間距為1.2 m。

（2）15121 進(jìn)風(fēng)巷從470 m 處時對頂板施工讓壓恒阻錨索，采用MT-130 型錨索鉆機(jī)在巷道中部施工3 個錨索鉆孔，鉆孔深度為5.8 m。鉆孔施工后對鉆孔內(nèi)錨注三根恒阻錨索，采用端頭錨固方式，錨固長度為1.5 m。

（3）恒阻錨索安裝后，左右兩根錨索外露端分別安裝一根“JW”型鋼帶，然后依次安裝托梁、讓壓機(jī)構(gòu)、鋼方墊以及鎖具，采用打壓千斤頂對其進(jìn)行預(yù)緊，預(yù)緊力不得低于170 kN。

（4）JW 型鋼帶長度為1.2 m，寬度為0.28 m，鋼帶上焊制兩個支護(hù)圓孔，孔間距為1.0 m，在鋼帶另一端采用長度為2.5 m左旋無縱筋螺紋鋼錨桿。如圖1 所示。

（5）讓壓恒阻錨索支護(hù)施工排距為2.0 m，其他支護(hù)與原支護(hù)設(shè)計(jì)相同，頂板采用JW 型鋼帶配套5 根左旋無縱筋螺紋鋼錨桿，取消原頂板單錨索支護(hù)。

圖1 15121 進(jìn)風(fēng)巷斷層破碎區(qū)讓壓恒阻錨索支護(hù)圖

3.2 支護(hù)優(yōu)點(diǎn)

（1）支護(hù)工藝簡單。與傳統(tǒng)架棚、注漿等工藝相比，讓壓恒阻錨索支護(hù)工藝相對簡單。該支護(hù)可與巷道掘進(jìn)同步施工，解決了傳統(tǒng)架棚等支護(hù)時需滯后工作面施工，導(dǎo)致支護(hù)不及時、支護(hù)效果差等問題。

（2）實(shí)用性強(qiáng)。該支護(hù)受施工環(huán)境影響小，不僅可用于采掘工作面破碎頂板條件，而且還可用于隧道等巖體工程領(lǐng)域中，實(shí)用性強(qiáng)，適用區(qū)域廣。

（3）支護(hù)效果好。讓壓恒阻錨索支護(hù)屬于主動支護(hù)，與傳統(tǒng)鋼棚支護(hù)相比，該支護(hù)不僅可對破碎圍巖進(jìn)行高強(qiáng)度懸吊，而且當(dāng)圍巖發(fā)生下沉、離層等變形時，該支護(hù)可通過讓壓機(jī)構(gòu)起到讓壓作用，降低了圍巖應(yīng)力對支護(hù)體剪切破壞作用，達(dá)到支護(hù)體對圍巖耦合支護(hù)的目的，從而大大提高支護(hù)作用。

（4）支護(hù)成本費(fèi)用低。15121 進(jìn)風(fēng)巷破碎頂板采用的讓壓恒阻錨索支護(hù)每組價(jià)格為320 元，而取消原巷道頂板單錨索支護(hù)，與架棚支護(hù)、注漿支護(hù)相比，巷道每米破碎頂板支護(hù)成本費(fèi)用可降低480元，降低了巷道掘進(jìn)支護(hù)成本費(fèi)用。

4 結(jié) 語

2019 年8 月18 日15121 進(jìn)風(fēng)巷已完全通過了斷層破碎區(qū)，破碎區(qū)長度為29 m，在破碎區(qū)頂板共

計(jì)施工15 組讓壓恒阻錨索。支護(hù)后在破碎區(qū)頂板安裝了兩臺GUD500 型數(shù)顯離層儀，間距為10 m。通過對破碎區(qū)頂板進(jìn)行15 d 觀察發(fā)現(xiàn)，支護(hù)后0～5 d范圍內(nèi)，破碎頂板變形較大，位于頂板中部最大下沉量為0.17 m；在5～8 d 范圍內(nèi)隨著巷道延伸、應(yīng)力釋放以及讓壓恒阻錨索支護(hù)與圍巖實(shí)現(xiàn)耦合作用，頂板下沉量降低；在第8 d 后頂板穩(wěn)定，局部區(qū)域最大下沉量為0.19 m。采取讓壓恒阻錨索支護(hù)巷道過F3 斷層期間，頂板局部出現(xiàn)破碎現(xiàn)象但未發(fā)生頂板冒落。該支護(hù)能夠?qū)ζ扑閼?yīng)力區(qū)頂板起到有效的支護(hù)作用，保證了巷道安全快速過斷層破碎帶。