劉植寧

（山西高平科興龍頂山煤業(yè)有限公司，山西 高平 048400）

1 9102回風(fēng)順槽概述

山西高平科興龍頂山煤業(yè)有限公司9102回風(fēng)順槽設(shè)計(jì)長(zhǎng)度為2 323 m，巷道斷面規(guī)格為寬×高=4.8 m×2.5 m，巷道掘進(jìn)煤層為9號(hào)層，煤層平均厚度為1.6 m，平均傾角為3°，巷道采用綜合機(jī)械化掘進(jìn)工藝。

9102回風(fēng)順槽沿煤層頂板進(jìn)行掘進(jìn)，9號(hào)煤層直接頂及基本頂全部為炭質(zhì)泥巖，總厚度為13.2 m，炭質(zhì)泥巖整體穩(wěn)定性差，巖石普氏系數(shù)f=2.0，巖體在應(yīng)力作用下極易破碎。巷道頂板主要采用錨桿、錨索聯(lián)合支護(hù)，頂板每排布置6根錨桿，錨桿間距為0.9 m，排距為1.0 m，頂板每排布置3根錨索，錨索間距為1.8 m，排距為3.0 m。

巷道掘進(jìn)至660 m處時(shí)，煤層出現(xiàn)煌斑巖侵入現(xiàn)象，在煌斑巖侵入的附近，煤體硅化現(xiàn)象嚴(yán)重，從而導(dǎo)致煤體破碎以及頂板膠結(jié)穩(wěn)定性變差，巷道從660 m處開(kāi)始，頂板出現(xiàn)破碎現(xiàn)象，原頂板錨桿（索）在該區(qū)域的支護(hù)效果差，無(wú)法對(duì)不穩(wěn)定頂板進(jìn)行有效控制。

2 工字鋼棚支護(hù)分析及現(xiàn)存問(wèn)題

2.1 原頂板加強(qiáng)支護(hù)分析

當(dāng)巷道頂板出現(xiàn)破碎后，初期采取縮小支護(hù)間排距的方式來(lái)進(jìn)行頂板控制，同時(shí)對(duì)頂板施工工字鋼吊棚加強(qiáng)支護(hù)，每架工字鋼吊棚主要由2根長(zhǎng)度為5.3 m的錨索以及1根長(zhǎng)度為4.5 m的工字鋼梁組成，鋼梁寬度為0.11 m，鋼梁承載強(qiáng)度為490 MPa，在鋼梁腰部焊制兩個(gè)支護(hù)孔，孔間距為2.0 m，工字鋼梁布置排距為2.0 m。

2.2 主要存在問(wèn)題

2.2.1 支護(hù)強(qiáng)度低

采用工字鋼吊棚支護(hù)時(shí)，雖在支護(hù)數(shù)量上滿(mǎn)足加強(qiáng)支護(hù)的要求，且工字鋼具有剛性強(qiáng)、強(qiáng)度高等優(yōu)點(diǎn)，但是工字鋼為“工”字型結(jié)構(gòu)，在實(shí)際應(yīng)用中支護(hù)孔施工在鋼梁腰部，腰部鋼材厚度不足5 mm，在變形嚴(yán)重、應(yīng)力大的頂板中應(yīng)用時(shí)，鋼梁腰部很容易出現(xiàn)折斷、撕裂現(xiàn)象，達(dá)不到預(yù)期支護(hù)效果。

2.2.2 對(duì)頂板破壞嚴(yán)重

傳統(tǒng)鋼帶支護(hù)時(shí)，鋼帶平面與頂板接觸嚴(yán)實(shí)，可對(duì)頂板進(jìn)行托錨作用，但是工字鋼梁在支護(hù)時(shí)與傳統(tǒng)鋼帶支護(hù)不同，工字鋼梁主要通過(guò)梁兩側(cè)來(lái)對(duì)頂板進(jìn)行支護(hù)，支護(hù)截面積小，屬于線(xiàn)性支護(hù)，當(dāng)頂板破碎嚴(yán)重時(shí)，鋼梁兩邊會(huì)對(duì)頂板產(chǎn)生切頂破壞作用，不利于頂板安全管理維護(hù)。

3 JW型錨索棚支護(hù)結(jié)構(gòu)及應(yīng)用

3.1 支護(hù)結(jié)構(gòu)

9102破碎頂板采用的JW型錨索棚主要由JW型鋼梁和錨索組成，JW型鋼梁主要由高錳鋼通過(guò)模具一次性澆筑而成，JW型鋼梁截面兩邊成“J型”，中部成“W”型，如下頁(yè)圖1所示。JW型錨索棚寬度為0.34 m，厚度為6 mm，鋼梁抗壓強(qiáng)度為512 MPa，在鋼梁上焊制三個(gè)錨索支護(hù)孔，孔間距為1.8 m，每根鋼梁配套3根長(zhǎng)度為6.0 m的錨索。

圖1 9102回風(fēng)順槽JW型錨索吊棚支護(hù)剖面示意圖（mm）

3.2 支護(hù)工藝

1）采用MT-220型錨索鉆機(jī)在頂板鋼帶之間施工支護(hù)鉆孔，每排施工3個(gè)，鉆孔間距為1.8 m，深度為6.0 m，錨索施工后外露長(zhǎng)度控制在0.3 m左右。

2）同一排的3根錨索施工完后，在錨索外露端安裝JW型鋼梁，并采用鎖具進(jìn)行預(yù)緊，吊棚施工排距為3.0 m。

3.3 支護(hù)優(yōu)缺點(diǎn)

1）支護(hù)截面積大。與傳統(tǒng)工字鋼棚的線(xiàn)性支護(hù)相比，JW型錨索棚支護(hù)時(shí)的鋼梁支護(hù)截面積大，鋼梁整個(gè)截面能夠與頂板貼合，對(duì)破碎區(qū)、下沉區(qū)都能起到很好的支撐作用，可有效防止頂板垮落現(xiàn)象。

2）支護(hù)強(qiáng)度高。與傳統(tǒng)工字鋼梁相比，JW型梁在支護(hù)時(shí)，整個(gè)鋼梁受力均勻，在對(duì)變形或大應(yīng)力的頂板進(jìn)行支護(hù)時(shí)，鋼梁均勻受力且不易變形，整體支護(hù)的支護(hù)強(qiáng)度高。

3）頂板控制效果好。JW型錨索梁配套了3根錨索，錨索支護(hù)可起到有效的懸吊拱支護(hù)作用，同時(shí)JW型梁在對(duì)破碎頂板支護(hù)時(shí)，頂梁不會(huì)對(duì)頂板產(chǎn)生切頂破壞作用，提高了支護(hù)效果。

4）在實(shí)際應(yīng)用中，JW梁支護(hù)也存在一些不足，主要表現(xiàn)在以下幾方面：JW型吊棚支護(hù)成本費(fèi)用高；JW型錨索梁重量大，在施工時(shí)需多人配合，加大了支護(hù)時(shí)的勞動(dòng)作業(yè)強(qiáng)度。

3.4 實(shí)際應(yīng)用效果分析

9102回風(fēng)順槽破碎頂板長(zhǎng)度為95 m，共計(jì)施工了32架JW型錨索吊棚，在破碎頂板每隔30 m處，安裝一個(gè)YH-300型頂板離層儀，并通過(guò)30 d的現(xiàn)場(chǎng)觀察發(fā)現(xiàn)，在0~8 d范圍內(nèi)，由于巷道開(kāi)挖后巷道圍巖應(yīng)力進(jìn)行了重新分配，對(duì)圍巖穩(wěn)定性影響較大，頂板破碎巖體出現(xiàn)短時(shí)間蠕動(dòng)變形現(xiàn)象，頂板下沉量相對(duì)較大，最大下沉量為0.11 m；在8~21 d范圍內(nèi)，頂板支護(hù)起到控制作用，頂板蠕動(dòng)變形現(xiàn)象逐漸減弱，在此期間頂板累計(jì)下沉量為0.08 m；21 d后破碎頂板得到了完全控制作用，頂板未出現(xiàn)下沉現(xiàn)象。

4 結(jié)語(yǔ)

傳統(tǒng)錨桿索支護(hù)在破碎頂板中進(jìn)行應(yīng)用時(shí)，受?chē)鷰r松動(dòng)圈、支護(hù)強(qiáng)度、支護(hù)工藝等影響，支護(hù)失效現(xiàn)象嚴(yán)重，破碎圍巖無(wú)法得到有效控制，通過(guò)采取合理有效加強(qiáng)支護(hù)措施，應(yīng)用JW型錨索吊棚支護(hù)后，頂板下沉量明顯減少，既滿(mǎn)足破碎頂板支護(hù)要求，又提高了破碎圍巖的整體穩(wěn)定性。該支護(hù)工藝適用于復(fù)雜條件下的采掘工作面破碎頂板中，具有顯著的推廣意義。