高云鵬

（山西焦煤霍州煤電集團呂梁山煤電有限公司方山店坪煤礦， 山西 呂梁 033102）

1 店坪煤礦3022 巷概況

山西焦煤霍州煤電集團呂梁山煤電有限公司方山店坪煤礦3022 巷位于830 m 水平三采區(qū)左翼，工作面東為井田邊界，西為830 m 南翼系統(tǒng)大巷，南為5-304 工作面（未采），北為5-210 工作面采空區(qū)，工作面上部主要可采煤層為3 號煤層，3 號煤層距5 號煤層57～73 m，5-302 工作面上部對應為3-304 工作面，3-304 工作面回采389 m 后停采。

3022 巷設計掘進長度為1875 m，巷道設計斷面規(guī)格為寬×高=4.2 m×3.0 m，巷道掘進煤層為5 號煤層，5 號煤層位于山西組下部，顏色為黑色，條痕為黑色，玻璃光澤，硬度為3，有一定韌性，參差狀、階梯狀斷口；煤層平均厚度為3.0 m，平均傾角為4°。煤層頂?shù)装鍘r性見表1。

表1 5 號煤層頂?shù)装鍘r性匯總

2 巷道掘進現(xiàn)狀及問題分析

2.1 巷道掘進現(xiàn)狀

3022 巷采用綜合機械化掘進工藝，截止目前巷道已掘進485 m，巷道掘進至475 m 處揭露一條正斷層F11，斷層落差為1.7 m，傾角為57°，斷層從鄰近210 采空區(qū)向巷道中部延伸；通過鉆探發(fā)現(xiàn)，該斷層對巷道掘進影響長度為50 m，巷道采用EBZ260 型掘進機強行破巖法[1-2]通過該斷層。

由于受斷層應力及鄰近采空區(qū)殘余應力等影響，導致巷道掘進至475 m 處時圍巖出現(xiàn)失穩(wěn)，當巷道掘進至480 m 處時圍巖出現(xiàn)嚴重變形現(xiàn)象，主要表現(xiàn)在兩幫破碎、頂板下沉斷裂及局部支護失效嚴重。為了保證巷道安全、快速掘進，巷道掘進至480 m 處時店坪煤礦在原巷道頂板支護設計的基礎上對頂板采取補打錨索吊棚進行加強支護，頂板施工的錨索吊棚長度為3.5 m，每架錨索吊棚由一根11 號工字鋼梁及兩根長度為4.5 m 的錨索組成，但是通過實際應用效果來看，巷道掘進至485 m 處時頂板錨索吊棚變形嚴重，局部出現(xiàn)冒漏現(xiàn)象，達不到預期加強支護效果。

2.2 原支護主要存在的問題

1）支護截面積小：原應力區(qū)頂板采取的錨索吊棚主要利用工字鋼梁對頂板進行支護，而11 號工字鋼梁寬度為0.11 m，鋼梁對頂板支護截面積小，當頂板出現(xiàn)大面積下沉、破碎時，錨索吊棚支護效果差。

2）支護強度低：錨索吊棚屬于主動支護，錨索吊棚支護原理與頂板錨桿鋼帶支護原理相同，主要利用錨索將鋼梁吊掛在頂板上并施加預緊力，從而確保頂板支護體與頂板達到支護目的，但是在應力區(qū)巷道中，頂板受應力影響圍巖內出現(xiàn)松動圈，在圍巖蠕動變形作用下，造成吊棚錨索失效現(xiàn)象，降低了錨索吊棚支護效果。

3）對頂板破壞嚴重：由于錨索吊棚主要通過工字鋼梁對頂板起到支護作用，而工字鋼梁兩側呈線性，在對頂板支護時鋼梁兩側對頂板進行擠壓剪切作用，導致鋼梁對頂板產(chǎn)生切頂破壞作用，而應力區(qū)巷道頂板錨索吊棚施工排距為1.0 m，密集錨索吊棚加劇了頂板破碎力度。

3 頂板支護優(yōu)化應用

為了解決原頂板主要存在的問題，決定對原頂板支護進行優(yōu)化，提出了交叉錨索棚支護技術[3-4]。

3.1 支護工藝

1）每架交叉錨索棚支護主要由兩根JW 型鋼梁、兩根槽鋼頂梁、四根槽鋼棚腿及五根恒阻錨索組成，如圖1 所示。

圖1 應力區(qū)巷道交叉錨索棚支護平面示意圖（單位：mm）

2）每根JW 型鋼梁長度為4.0 m、寬度為0.32 m、厚度為4 mm，每根鋼梁上布置三個錨索支護孔，錨索孔布置間距為1.8 m，首先對應力區(qū)頂板施工第一根JW 型錨索鋼梁，鋼梁與巷道呈45°夾角布置，并對鋼梁兩端采用錨索與頂板進行固定。

3）第二根JW 型鋼梁與第一根交叉布置，交叉角度為90°，第二根鋼梁兩端同樣采用兩根錨索進行固定，兩根JW 型鋼梁安裝后在交叉點采用一根錨索對其進行固定。

4）頂板JW 型鋼梁固定完成后，在JW 型鋼梁每個端頭分別安裝四根長度為3.0 m 棚腿，然后在相鄰兩根棚腿之間安裝一根長度為4.0 m 槽鋼頂梁，槽鋼頂梁安裝后保證頂梁與JW 型鋼梁兩端接觸嚴實，并起到支撐預緊作用。

5）待第一架交叉鋼棚安裝完成后，開始安裝第二架交叉鋼棚，相鄰兩架交叉鋼棚安裝間距為2.0 m，所有交叉鋼棚安裝后在相鄰兩架鋼棚棚腿之間采用兩組拉桿進行固定。

3.2 支護優(yōu)點

1）施工勞動作業(yè)強度?。簜鹘y(tǒng)工字鋼錨索吊棚施工時，工字鋼質量為26.2 kg/m，每架錨索吊棚需5 人配合施工，施工時間為1.2 h/架；而JW 型鋼梁相比工字鋼質量小，質量為12.8 kg/m，每架JW 型鋼梁僅需3人施工即可，大大降低了勞動作業(yè)強度。

2）支護成本費用降低：按應力區(qū)長度為50 m 計算，若采用工字鋼錨索吊棚進行加強支護時，施工規(guī)格為1 架/m，共計施工50 架，每架錨索吊棚成本費用為740 元，合計成本費用為3.7 萬元；而采用交叉錨索棚支護時，每架錨索棚支護距離為3.0 m，相鄰兩架間距為5.0 m，應力區(qū)共計架設10 架即可，每架交叉錨索棚成本費用為0.122 萬元，合計成本費用為1.22 萬元，大大降低了支護成本費用。

3）支護效果好：采用交叉錨索棚支護時，實現(xiàn)了主動與被動同時支護的效果，有效提高了應力區(qū)頂板支護作用，避免了因頂板垂直應力作用導致兩幫承載能力低，出現(xiàn)兩幫煤柱垮落現(xiàn)象；同時交叉錨索棚支護時，支護截面積大，避免了工字鋼錨索吊棚支護時，對頂板產(chǎn)生的切頂破壞作用。

4 結語

3022 巷掘進至480 m 處時對頂板支護進行優(yōu)化，施工交叉錨索梁棚支護。截止2019 年2 月11 日巷道已掘進至542 m 處，巷道圍巖已趨于穩(wěn)定，通過現(xiàn)場觀察，巷道已過集中應力影響區(qū)；通過對集中應力區(qū)施工交叉錨索棚支護后，有效控制集中應力區(qū)圍巖變形現(xiàn)象，通過現(xiàn)場觀察發(fā)現(xiàn)，頂板破碎、下沉現(xiàn)象得到了有效控制，頂板下沉量由原來的0.44 m 降低為0.17 m，巷道幫部與頂板之間的煤柱垮落現(xiàn)象也得到了有效控制，取得了顯著應用成效。