楊存兵

（晉能控股煤業(yè)集團(tuán)有限公司朔州煤電有限公司山西宏宇誠(chéng)鑄建設(shè)工程有限公司,山西 朔州 038300）

1 中煤平朔井工三礦39201主運(yùn)輸順槽掘進(jìn)概況

39201主運(yùn)輸順槽設(shè)計(jì)長(zhǎng)度為1824m，巷道掘進(jìn)斷面規(guī)格為寬×高=5.6 m×4.5 m，從九煤東翼輔運(yùn)大巷開(kāi)口施工。

39201主運(yùn)輸順槽掘進(jìn)煤層為9號(hào)煤層，平均厚度為9.54 m，為特厚煤層，煤種牌號(hào)為長(zhǎng)焰煤，該煤層及圍巖屬于石炭系上統(tǒng)太原組下部含煤巖段，煤層走向北西-東南、煤層傾角0°～18°。

巷道掘進(jìn)至750 m處揭露一條F7正斷層，斷層落差為1.6 m，傾角為54°，由于巷道掘進(jìn)期間預(yù)留頂煤，巷道掘進(jìn)過(guò)F7斷層時(shí)頂煤穩(wěn)定性差，頂板出現(xiàn)掘進(jìn)破碎現(xiàn)象，當(dāng)巷道掘進(jìn)至730 m處時(shí)巷道圍巖應(yīng)力加大，頂板出現(xiàn)局部冒落，巷道掘進(jìn)速度降低至3.2 m/d，嚴(yán)重制約著巷道安全高效掘進(jìn)。

2 巷道頂板破碎原因分析

1）圍巖應(yīng)力高：39201主運(yùn)輸順槽掘進(jìn)期間受F7斷層影響，巷道圍巖應(yīng)力相對(duì)較高，通過(guò)對(duì)斷層區(qū)圍巖應(yīng)力監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)，斷層區(qū)圍巖應(yīng)力是普通圍巖應(yīng)力的3.5倍，從而導(dǎo)致巷道過(guò)斷層期間出現(xiàn)圍巖失穩(wěn)現(xiàn)象，主要體現(xiàn)在頂板破碎、煤壁片幫現(xiàn)象。

2）圍巖強(qiáng)度低：39201主運(yùn)輸順槽沿9號(hào)煤層底板平行掘進(jìn)，預(yù)留頂煤厚度為5.04 m，而9號(hào)煤層穩(wěn)定性差，煤體單軸抗壓強(qiáng)度不足15 MPa，巷道掘進(jìn)時(shí)在開(kāi)挖應(yīng)力作用下頂板煤體出現(xiàn)應(yīng)力破壞作用，破壞了頂煤承載結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致頂板破碎、冒落等。

3）支護(hù)強(qiáng)度低：39201主運(yùn)輸順槽前期主要采用錨桿、網(wǎng)聯(lián)合支，但是通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)觀(guān)察發(fā)現(xiàn)，原頂板支護(hù)在斷層區(qū)支護(hù)效果差，支護(hù)失效率高，主要有以下幾方面原因：錨桿支護(hù)深度有限，而且原支護(hù)設(shè)計(jì)中頂板采用的是金屬網(wǎng)，強(qiáng)度低，頂板破碎后很容易造成網(wǎng)片撕裂現(xiàn)象，無(wú)法有效維護(hù)破碎頂板；錨桿在施工過(guò)程中支護(hù)質(zhì)量差，錨桿錨固段未能安裝在堅(jiān)硬頂板中，導(dǎo)致錨桿失效現(xiàn)象嚴(yán)重。

3 破碎頂板支護(hù)優(yōu)化

3.1 原頂板支護(hù)優(yōu)化

為了進(jìn)一步提高斷層破碎區(qū)頂板支護(hù)質(zhì)量，加強(qiáng)破碎頂板控制力度，決定對(duì)原頂板永久支護(hù)進(jìn)行優(yōu)化。

1）由于原頂板錨桿長(zhǎng)度為2.0 m，而斷層破碎帶處頂板圍巖松動(dòng)圈深度達(dá)1.8 m，錨桿采用端頭錨固方式，錨固長(zhǎng)度為0.35 m，錨桿錨固段位于松動(dòng)圈內(nèi)，在應(yīng)力作用錨桿錨固效果差，所以決定對(duì)原錨桿進(jìn)行優(yōu)化，優(yōu)化后錨桿長(zhǎng)度為2.5 m，錨桿采用加長(zhǎng)錨固方式，錨固長(zhǎng)度為0.95 m，每排布置6根，錨桿間距為1.0 m，排距1.0 m，如圖1所示[1-2]。

2）原頂板中金屬網(wǎng)采用8號(hào)鉛絲編制而成，金屬網(wǎng)為棱形網(wǎng)格，網(wǎng)格為50 mm×50 mm，金屬網(wǎng)長(zhǎng)度為6.5 m，寬度為2.0 m，棱形金屬網(wǎng)承載能力低，最大抗載荷強(qiáng)度不足150 MPa，所以為了提高金屬網(wǎng)護(hù)頂強(qiáng)度，決定對(duì)應(yīng)力區(qū)頂板鋪設(shè)鋼筋網(wǎng)，鋼筋網(wǎng)采用直徑5 mm圓鋼編制而成，每片鋼筋網(wǎng)長(zhǎng)度為3.5 m，寬度為2.0 m，鋼筋網(wǎng)抗壓強(qiáng)度為380 MPa。

圖1 39201主運(yùn)輸順槽破碎頂板聯(lián)合支護(hù)斷面示意圖（單位：mm）

3.2 錨索梁加強(qiáng)支護(hù)

為了進(jìn)一步提高斷層破碎區(qū)頂板支護(hù)強(qiáng)度，永久支護(hù)優(yōu)化后決定對(duì)頂板施工錨索梁支護(hù)。

1）巷道在過(guò)斷層前后10 m范圍內(nèi)頂板施工錨索梁支護(hù)，錨索梁施工排距為2.0 m，每架錨索梁長(zhǎng)度為4.5 m，錨索梁主要由工字鋼梁、錨索聯(lián)合組成[3-4]。

2）每架錨索梁配套兩根錨索，錨索長(zhǎng)度為7.0 m，直徑為21.8 mm，同一排錨索布置間距為3.0 m。

3）錨索梁施工工序如下：首先在破碎頂板處相鄰兩排錨桿之間施工兩個(gè)錨索鉆孔，鉆孔深度為7.0 m，鉆孔直徑為30 mm，鉆孔間距為3.0 m；錨索支護(hù)孔施工完后，對(duì)鉆孔依次填入錨固劑以及錨索，并采用MT-130型鉆機(jī)進(jìn)行攪拌，攪拌時(shí)間為180 s，錨索錨固后確保錨固力不得低于370 kN，錨索外露長(zhǎng)度控制在0.3～0.4 m范圍；錨索安裝后在錨索外露端安裝一根工字鋼梁，并采用鎖具對(duì)其進(jìn)行預(yù)緊，預(yù)緊后保證鋼梁與頂板接觸嚴(yán)實(shí)。

3.3 實(shí)際應(yīng)用效果分析

截至2020年3月18日，巷道已掘進(jìn)800 m，通過(guò)對(duì)F7斷層破碎區(qū)頂板支護(hù)進(jìn)行合理優(yōu)化并安裝錨索梁支護(hù)后，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)觀(guān)察發(fā)現(xiàn)，頂板支護(hù)優(yōu)化并安裝錨索梁支護(hù)后，在0.5 d范圍內(nèi)收頂板的蠕動(dòng)變形影響，頂板變形量相對(duì)較大，在5～12 d內(nèi)頂板破碎巖體與頂板支護(hù)實(shí)現(xiàn)了耦合支護(hù)作用，頂板變形量逐漸減小，在12 d后頂板變形量區(qū)域穩(wěn)定，在此期間頂板最大下沉量為0.12 m[5]。

39201主運(yùn)輸順槽斷層破碎區(qū)頂板支護(hù)優(yōu)化后，大大提高了巷道掘進(jìn)效率，巷道掘進(jìn)速度提高至6.4 m/d。支護(hù)優(yōu)化后頂板支護(hù)失效現(xiàn)象得到了有效控制，支護(hù)失效率控制在3%以下。

4 結(jié)論

1）斷層應(yīng)力區(qū)破碎頂板支護(hù)優(yōu)化后，提高了破碎頂板支護(hù)強(qiáng)度，解決了傳統(tǒng)支護(hù)過(guò)斷層區(qū)時(shí)支護(hù)失效率高、支護(hù)難度大、圍巖控制效果差等技術(shù)難題，避免了頂板垮落事故發(fā)生。

2）與傳統(tǒng)鋼棚支護(hù)相比，破碎頂板采用錨索梁支護(hù)成本費(fèi)用低，支護(hù)工藝簡(jiǎn)單，支護(hù)勞動(dòng)強(qiáng)度小，而且錨索梁支護(hù)屬于主動(dòng)支護(hù)，解決了傳統(tǒng)矩形鋼棚被動(dòng)支護(hù)時(shí)，支護(hù)效果差，鋼棚失效率高等難題。