侯晉剛

（晉能控股煤業(yè)集團(tuán)掌石溝煤礦，山西 高平 048400）

引言

某礦中43221 巷，其巷長為1 400 m，該巷橫斷面寬為5.0 m，高為3.6 m，3 號(hào)層是其所挖掘的煤層，該3 號(hào)層的頂板，是施工巷道施工過程中的依據(jù)，會(huì)沿著其頂板進(jìn)行挺進(jìn)，而其中，該煤層的直接頂，其厚度一般是4.7 m，主要是由砂質(zhì)泥巖以及細(xì)砂巖為主而構(gòu)成的；而煤層的基本頂，其平均的厚度一般為11.4 m，其構(gòu)成主要是以砂巖作為原材料的。通過數(shù)據(jù)表明，該施工巷道已經(jīng)將510 m 的長度挖掘完畢。

該施工巷道仍在進(jìn)行挖掘中，當(dāng)其挖至502 m時(shí)，有一條X7 陷落柱，該陷落柱在施工巷道北部，其長度約為45 m 處，通過觀察能夠發(fā)現(xiàn)，該陷落柱的形狀為橢圓狀，其中，該陷落柱的長軸長是54 m，短軸長則是23 m，除此之外，該陷落柱剛好與施工巷道的夾角為31°，通過測(cè)量施工巷道與陷落柱的垂直距離，可以得知陷落柱與施工巷道是最短距離是15.4 m。

隨著施工巷道的不斷推進(jìn)，當(dāng)其施工距離為507 m 時(shí)，此時(shí)，陷落柱將會(huì)對(duì)該巷道產(chǎn)生一定的影響，導(dǎo)致該巷道的頂板出現(xiàn)破損?；诖?，隨著施工巷道的不斷施工，那么陷落柱與施工巷道的距離，將會(huì)不斷地縮短，那么相應(yīng)的，巷道所受到陷落柱對(duì)其的影響，也將會(huì)變的越來越嚴(yán)重。當(dāng)巷道的施工距離不斷推進(jìn)，到510 m 時(shí)，巷道的頂板將會(huì)承受陷落柱對(duì)其的影響，而出現(xiàn)大面積的破損，更有甚者，將會(huì)使得巷道最初的支撐逐漸失效，已經(jīng)不能夠?qū)ο锏榔鸬奖Ｗo(hù)的作用，也將不能夠保證巷道的順利施工。

基于此，生產(chǎn)管理部門將會(huì)對(duì)其存在的問題進(jìn)行進(jìn)一步的分析，并進(jìn)行合理且高效的優(yōu)化。

1 原頂板支護(hù)設(shè)計(jì)及問題分析

1.1 43221 巷原頂板支護(hù)設(shè)計(jì)

通過錨桿、錨索、鋼帶以及金屬網(wǎng)這4 種裝備，組合到一起，構(gòu)成43221 巷道原頂板的支護(hù)[1]。

1）錨桿是43221 巷道原頂板支護(hù)中的重要組成部分，其一般選用直徑為22 mm，長度為2.4 m 的強(qiáng)度較高的螺紋鋼錨桿。其在頂板支護(hù)中，一般設(shè)置為每一排5 根，且在一排中錨桿與錨桿之間的排布距離是1.1 m；在兩排中，各排與各排錨桿之間的距離，一般是1.0 m。

2）鋼帶同樣也是巷道原頂板支護(hù)中重要的組成部分之一，在此原頂板支護(hù)中，鋼帶一般選用“W”型的，且“W”型鋼帶的長是4.8 m，寬是0.25 m。在此支護(hù)中，鋼帶會(huì)與錨桿進(jìn)行組合使用，一般會(huì)將鋼帶與5 條錨桿進(jìn)行連接，同時(shí)，要保證這5 條錨桿，錨桿與錨桿之間的距離是1.0 m。

3）巷道原頂板支護(hù)中用到的預(yù)應(yīng)力鋼絞線，其直徑一般是17.8 m，長是5.0 m，在對(duì)錨索用預(yù)應(yīng)力鋼絞線進(jìn)行排布時(shí)，一般每排設(shè)置3 根，且在一排中，每根錨索之間的距離是2.0 m，在2 排中，排與排之間的距離是3.0 m。處理對(duì)錨索進(jìn)行固定以外，還需要對(duì)其外漏部分進(jìn)行整理，防止出現(xiàn)意外，一般用鋼方墊、鎖具等對(duì)其進(jìn)行固定，其中鋼方墊的長為0.3 m。

1.2 原支護(hù)主要存在問題

通過調(diào)查相關(guān)資料，得知原支護(hù)存在以下問題：

1）由于巷道的挖掘是持續(xù)不斷的進(jìn)行的，因此，隨著巷道的不斷開發(fā)，將會(huì)大大縮減與X7 陷落柱的距離，那么，這也就意味著，巷道逐漸會(huì)承受越來越大的構(gòu)造應(yīng)力，同時(shí)，還會(huì)逐漸地在巷道的頂板處形成一個(gè)所承受的應(yīng)力較為集中的地方，那么這將會(huì)使得巷道頂板有一部分是下沉較為明顯的區(qū)域，與此同時(shí)，最初的錨桿長度是2.4 m，根本不足以支撐該下沉區(qū)域，因此，這將會(huì)造成錨桿出現(xiàn)較為明顯的失效[2-5]。

2）巷道頂板隨著其不斷的挖掘，將會(huì)受到越來越大的應(yīng)力作用，這也將會(huì)使得巷道內(nèi)部受到一定的影響，即該內(nèi)部的圍巖膠結(jié)的性能有所下降。當(dāng)這些狀況出現(xiàn)時(shí)，鋼帶已經(jīng)對(duì)其無法進(jìn)行有效的支撐與保護(hù)。

3）在巷道受應(yīng)力區(qū)域內(nèi)，以往的錨索已經(jīng)對(duì)其無法進(jìn)行錨固，或錨固的效果并不理想，此外，以往的錨索，外觀方面的設(shè)計(jì)稍微有點(diǎn)欠缺，且其屈服較低，已經(jīng)不能夠再對(duì)其進(jìn)行支撐保護(hù)，甚至?xí)腻^索。

2 43221 巷頂板支護(hù)優(yōu)化改進(jìn)

2.1 原頂板永久支護(hù)優(yōu)化設(shè)計(jì)

1）為了能夠保障支護(hù)能夠?qū)ο锏涝敯迤鸬奖Ｗo(hù)作用，且是永久性的保護(hù)，因此需要對(duì)支護(hù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。其優(yōu)化的結(jié)果為：更換原頂板內(nèi)部的錨索，新的錨索直徑為21.6 mm，長度為8.3 m，這種稱其為恒組錨索。除了此項(xiàng)改進(jìn)外，還需要改變錨固的距離，以期能夠?qū)﹀^固的質(zhì)量有所改進(jìn)，其具體改進(jìn)方式為改變相鄰2 組錨索的距離，將以往的3.0 m，改為如今的2.0 m。

2）對(duì)支護(hù)的優(yōu)化改進(jìn)，除了上述針對(duì)錨索的改進(jìn)以外，還可以對(duì)錨桿進(jìn)行相應(yīng)的改進(jìn)，如將錨桿更換成直徑為22 mm、長度為3.2 m 的超長螺紋剛錨桿，除此之外，還為其配置相應(yīng)的錨固劑，這種錨固劑快速且牢固，其他的保持不變。

2.2 桁架錨桿支護(hù)

1）桁架錨桿主要有2 根傾角錨桿、2 根拉桿、1個(gè)拉緊器以及多個(gè)鋼墊片組成，其承載了43221 巷道頂板中大部分的應(yīng)力。

2）當(dāng)巷道的挖掘進(jìn)程達(dá)到該巷道中應(yīng)力較為集中的地方時(shí)，同時(shí)將永久支護(hù)已經(jīng)安裝完畢，此時(shí)，還需要鉆一個(gè)錨桿鉆孔，而這個(gè)鉆孔的位置，位于2組鋼帶之間，同時(shí)距離巷幫1.0 m 遠(yuǎn)，除此之外，還需要與巷道頂板成60°夾角。為了能夠使其起到真正的支撐作用，還需在鉆孔內(nèi)部增加一個(gè)析架錨桿，且其長度為3.0 m。

3）通過以上步驟，錨桿已經(jīng)安裝完畢，那么此時(shí)就需要對(duì)其進(jìn)行錨固，同時(shí)，還需要在其錨固以后，進(jìn)行相應(yīng)的錨桿拉拔試驗(yàn)，以驗(yàn)證其牢固性。

4）為了保證安裝的牢固性，需要對(duì)析架錨桿進(jìn)行預(yù)緊，在對(duì)其預(yù)緊過程中，會(huì)產(chǎn)生一定的合力，且該合力能夠與頂板的垂直應(yīng)力相互作用，而最終相互抵消，其支護(hù)的原理如圖1 所示。

圖1 桁架錨桿支護(hù)原理示意圖

2.3 π 型鋼棚支護(hù)

對(duì)于支護(hù)強(qiáng)度的提高，除了以上措施外，還可以通過設(shè)置π 型鋼棚以提高支護(hù)的強(qiáng)度以及穩(wěn)定性。

1）π 型鋼棚承載力較強(qiáng)于矩形鋼棚，且π 型鋼棚主要有4 節(jié)棚腿、1 節(jié)π 型鋼棚以及卡纜組成。對(duì)于棚腿，為了提高其穩(wěn)定性，還需在其下方配備有相應(yīng)的底座，且該底座的長和寬剛好相等，皆為0.3 m。

2）除了上述所說配備有相應(yīng)的底座之外，還需要對(duì)其地板進(jìn)行澆鑄處理，以提高其穩(wěn)定性，且還需要保證該澆鑄的深度是0.2 m，除此之外，在處理完以后，還要保證其的平整性。

3）以上所有的程序均已完成以后，這時(shí)才在碰腿上安裝π 型頂梁，同時(shí)還需要對(duì)其進(jìn)行進(jìn)一步的牢固處理，可以用卡纜等。除此之外，在對(duì)其進(jìn)行牢固處理時(shí)，還需將頂梁以及頂板留有縫隙，且鋼棚與鋼棚之間的距離一般設(shè)定為2.0 m。

4）鋼棚上方需要安裝橫梁，且需要對(duì)其安裝角度有一定的規(guī)定，需要注意，如橫梁與橫梁之間的距離一般為1.0 m。

5）通過以上一系列的操作以后，π 型鋼棚支護(hù)的安裝效果如圖2 所示。

圖2 43211 巷應(yīng)力區(qū)頂板“π”型鋼棚支護(hù)斷面示意圖（未標(biāo)單位：mm）

3 結(jié)語

通過調(diào)研發(fā)現(xiàn)，到2019 年6 月24 日，43221 巷道的挖掘，已經(jīng)穿過了X7 陷落柱應(yīng)力影響區(qū)。通過對(duì)應(yīng)力區(qū)巷道頂板進(jìn)行一系列的改進(jìn)，如文中提到的聯(lián)合支護(hù)技術(shù)等，通過對(duì)其的測(cè)試，發(fā)現(xiàn)支護(hù)與頂板之間。在0 d～15 d 之間時(shí)，并沒有達(dá)到完全的耦合，這將會(huì)對(duì)頂板的承受能力有一定的考驗(yàn)，能發(fā)現(xiàn)，該頂板的變形較為嚴(yán)重，且其下沉高度為0.14m；頂板耦合能夠真正起到支護(hù)作用的范圍是15 d～25 d，在此期間，能夠看到頂板的承受能力有一定是好轉(zhuǎn)；頂板能夠趨向穩(wěn)定階段是25d 以后。通過文中對(duì)桁架錨索支護(hù)以及π 型鋼棚的了解與研究，發(fā)現(xiàn)將二者進(jìn)行聯(lián)合支護(hù)的時(shí)候，支護(hù)效果最好，也最穩(wěn)定。