姜 華 呂高磊

（1.山東新查莊礦業(yè)有限責(zé)任公司，山東 肥城 271612；2.山東科技大學(xué)，山東 青島 266000）

1 概況

查莊煤礦八層煤厚1.50～2.5 m，均厚2.1 m，煤層上部含褐黑色炭質(zhì)細(xì)砂巖夾石，厚度0～0.60 m，均厚0.3 m，屬于結(jié)構(gòu)復(fù)雜、厚度穩(wěn)定的中厚煤層。該煤層直接頂板為第四層石灰?guī)r，厚度4.13～5.63 m，均厚約5.2 m，含薄層狀泥質(zhì)粉砂巖，裂隙較為發(fā)育。八層煤直接頂板與煤層之間分布著一層厚0～1.0 m石灰?guī)r“二合頂”，與直接頂離層明顯，兩者之間夾有1～5 cm 煤線，在開始揭露及回柱過程中極易脫落，必須采取針對性的技術(shù)措施[1-5]。

2 基于懸吊理論的參數(shù)計算

巷道開挖后，圍巖原有的三向應(yīng)力平衡狀態(tài)被打破，直接頂板彎曲下沉，容易發(fā)生冒頂事故。懸吊理論就是通過錨桿等支護(hù)措施，將破碎、松動的巖層懸吊到深部穩(wěn)定巖層。以二合頂厚度0.5 m 為例，計算支護(hù)參數(shù)如下：

（1）錨桿長度計算

式中：L為錨桿長度，m；H為二合頂厚度，0.5 m；K為安全系數(shù)，取K=1.5；L1為錨桿錨入穩(wěn)定巖層的深度，取0.6 m；L2為錨桿在巷道中的外露長度，一般取0.15 m。則L=1.5 m，采用規(guī)格為Φ18 mm×L1600 mm 的螺紋錨桿符合支護(hù)要求。

（2）錨桿間距、排距計算

式中：a為錨桿間排距，m；Q為錨桿設(shè)計錨固力，每根64 kN；H為二合頂高度，m；R為被懸吊巖層的重力密度，取24.99 kN/m3；K為安全系數(shù)，取K=1.5。

根據(jù)以上計算，支護(hù)方案的間排距設(shè)為1200 mm×1500 mm，符合支護(hù)要求。

3 二合頂支護(hù)方案

3.1 臨時支護(hù)方案

工作面一旦揭露二合頂，應(yīng)先進(jìn)行臨時支護(hù)，保證安全后再順著裂隙、層理確定二合頂范圍，不得硬刨強(qiáng)挖。臨時支護(hù)采用3 根前探支架臨時護(hù)頂。前探支架采用15 kg/m 鋼軌作挑梁，長度不少于4.0 m，相鄰兩根前探梁間距1.2 m（±100 mm）。前探支架采用40T 型刮板輸送機(jī)鏈條、聯(lián)接環(huán)和螺絲聯(lián)接，用木楔加緊，吊掛前探支架的棚子必須背頂幫牢固，撐木齊全有效，每根前探梁固定點不少于3 個。梁以上采用8 根木棒接頂，并用木楔打牢，控制前探部分頂板。木棒規(guī)格為長×寬×厚=1200 mm×60 mm×40 mm。

3.2 永久支護(hù)方案

根據(jù)揭露二合頂?shù)暮穸?，采取不同的處理方式：如遇厚度小?.5 m 的二合頂時，進(jìn)行強(qiáng)制放頂；如無法進(jìn)行放頂時或二合頂厚度大于0.5 m，則采取必要的永久支護(hù)，保證頂板穩(wěn)定以及巷道的正常使用。支護(hù)設(shè)計圖如圖1。

圖1 支護(hù)設(shè)計圖（mm）

（1）當(dāng)頂板揭露二合頂，且二合頂裂隙不明顯，邊緣部分無風(fēng)化、不破碎，便于錨桿、錨索支護(hù)時，采取以下支護(hù)方式：二合頂厚度小于0.5 m 時，在其預(yù)留茬處打錨桿支護(hù)，Φ18 mm×L1600 mm螺紋鋼錨桿，每排4 根，間排距為1200 mm×1500 mm，木托盤規(guī)格為300 mm×180 mm×40 mm；如果二合頂大于0.5 m，采用Φ18 mm×L1800 mm 螺紋鋼錨桿進(jìn)行支護(hù)，每排布置4 根，間排距為1000 mm×1200 mm。錨桿根據(jù)現(xiàn)場實際情況適當(dāng)加長，以確保錨桿錨入穩(wěn)定巖層的長度不小于0.6 m。每根錨桿用2 塊樹脂錨固劑錨固，預(yù)緊力矩為200 N·m，錨固力為64 kN（17.9 MPa）。

（2）當(dāng)揭露二合頂情況較為復(fù)雜，二合頂邊緣風(fēng)化且破碎，不利于維護(hù)時，采用架棚支護(hù)。棚子采用礦用11#工字鋼成品梯形棚，規(guī)格為棚腿×棚頂×棚腿=2.5 m×3.4 m×2.5 m，棚距0.8 m，背頂棒8 根，背幫棒每側(cè)2 根，撐棒每側(cè)2 根。

4 支護(hù)效果監(jiān)測

4.1 二合頂離層情況監(jiān)測

通過安裝圍巖移動傳感器，監(jiān)測二合頂范圍內(nèi)頂板離層情況，監(jiān)測數(shù)據(jù)如圖2。

圖2 不同厚度二合頂離層曲線

4.2 支護(hù)結(jié)構(gòu)受力情況監(jiān)測

采用錨桿應(yīng)力傳感器監(jiān)測錨桿受力情況，確定錨桿是否正常工作，判斷是否需要增強(qiáng)支護(hù)措施，監(jiān)測結(jié)果如圖3。

圖3 不同錨桿監(jiān)測點受力變化曲線

4.3 監(jiān)測結(jié)果分析

通過分析監(jiān)測數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)：在采取設(shè)計的支護(hù)措施后，頂板變形量控制在設(shè)計范圍之內(nèi)，頂板保持穩(wěn)定，支護(hù)結(jié)構(gòu)受力正常，支護(hù)方案有效地控制了圍巖變形。

5 結(jié)論

（1）采用前探支架臨時支護(hù)的方案，在二合頂初次揭露時及時控制頂板離層，為打設(shè)永久支護(hù)提供條件。

（2）永久支護(hù)采用Φ18 mm×L1600 mm 錨桿，間排距1200 mm×1500 mm，根據(jù)二合頂厚度適當(dāng)調(diào)整錨桿長度及間排距，確保錨桿錨入穩(wěn)定巖層的深度不小于0.6 m。

（3）實時監(jiān)測證明，支護(hù)方案有效控制了頂板變形，保障了安全生產(chǎn)，提高了經(jīng)濟(jì)效益。