巷道顶板下沉区加强支护技术应用

王 强

(山西长平煤业有限责任公司，山西 晋城 048000)

引 言

掘进巷道在推进时会将煤层原岩应力的平衡破坏，为了确保巷道顶板的稳定，通常需要采取组合梁对顶板进行支护，组合梁能够保证掘进巷在推进时顶板岩层的稳定性。由于受到构造应力、原岩应力、煤层重力及采动影响，掘进巷道顶板常常出现顶板压力大的情况，当顶板压力超过组合梁的承载能力后，巷道顶板就会发生塑性变形，通常表现为顶板破碎严重、顶板下沉、煤层与原岩离层，一旦当顶板的压力超过了组合梁的最大承载能力后，掘进巷道顶板会发生大面积冒顶及片帮，直接威胁巷道工作人员的安全。所以对于下沉区顶板采取合理有效的支护措施，对巷道安全快速掘进具有重要意义。

1 概述

长平煤矿53083巷长度1 151.77 m(开口至5308工作面切眼中线),53083巷开口位于五盘区第二回风巷北帮五盘区第二回风巷4#联络横川正对开口，施工方位角29°53′31″，坡度平均为3°, 开工前挂线中线，不挂腰线，掘进过程中施工3个调车硐室，3#调车硐室距离开口391.77 m，之后分别每隔340 m分别施工2#、1#调车硐室。

巷道沿3#煤层顶板掘进，巷道断面规格为4.5 m×4.0 m，施工巷道采用综合机械化掘进工艺，截止2018年12月24日巷道已掘进455 m，受巷道西部F6断层影响，巷道掘进至450 m处时顶板离层仪出现第一次报警现象，顶板下沉量为0.24 m，随着巷道延伸当巷道掘进至455 m处时顶板下沉量达0.44 m，顶板原锚杆、锚索支护失效率达12%,严重威胁着巷道安全快速掘进，对此，综掘一队决定对巷道顶板下沉区采取锚索梁加强支护。

2 锚索梁支护设计

2.1 施工工艺

1)为了能够有效的控制5383巷顶板的下沉，施工人员采用锚索梁来对顶板进行支护，锚索梁主要是由锚索与工字钢梁钢梁构成。具体规格如下：工字钢梁长度为4.2 m，并在每根工字钢梁上施工三个圆孔，圆孔的孔径为25 mm，锚索的长度与直径分别是8.3 m、21.6 mm。

2)首先在距巷道顶板下沉区3.0 m的位置施工支护钻孔，每排布置三个，孔间距为1.6 m，排距为1.0 m，如第180页图1所示。

图1 53083巷锚索梁支护断面示意图

3)当顶板钻孔施工完毕后，工作人员要在每个钻孔内依次填入23/60型锚固剂(2支)、23/35型锚固剂(1支)及锚索，同时要确保每个孔的锚固时间至少大于180 s,锚固完成后还要对锚索外露的长度进行检查，确保外露部分的长度不得小于0.5 m.

4)当锚索全部安装完毕后，将钢梁安装在锚索下方，钢梁的安装角度要与巷道保持垂直，并采用0.3 m的正方形钢托板及锁具对锚索进行固定，并使用张拉机具紧固锚索，确保锚索的预紧力达到要求[1-2]。

5)为了避免由于钢梁与顶板接触不紧密而导致顶板发生局部破碎或冒落钢梁，需在钢梁与顶板之间加装水泥背板，确保钢梁能够对顶板起到较好的支护效果。

2.2 施工注意事项

1)在安装钢梁之前首先要对巷道的整个破碎区域进行测量，选定合适的锚索、钢梁、锚索梁，准确划定支护范围。

2)若掘进巷道由于过高无法开展作业时需要在巷道底板搭建平台，平台主要是由圆木构成，原木的高度可以根据巷道的高度而定[3]。

3)施工人员在对破碎区域的顶板进行钻孔时，要时刻通过钻孔观察煤层、岩层厚度，确保锚固端能够插在坚硬的岩层内。

4)使用钻机进行作业时要保持钻机匀速转动，每个钻孔的锚固时间至少大于160 s，并对锚固的钻孔进行拉拔实验，确保预紧力达到标准要求后才能安装钢梁。

5)待锚索梁安装完毕后，要派专人对每根锚索梁与顶板的接触情况进行验收，并对顶板的下沉情况及钢梁的变形进行观察，如发现钢梁变形严重时要及时采取相应的措施。

6)在破碎区域每隔20 m安装一部顶板离层仪，并安排专人对每班的顶板离层情况进行记录[4]。

3 应用效果分析

1)与传统的注浆及架钢棚相比，采用锚索梁对破碎顶板进行支护不仅能够降低工作面的维护成本，还能为工作面的顶板维护缩减时间。根据成本计算锚索梁的制作成本为280元，53083巷顶板下沉区共需安装70架，合计成本为1.96万元，而且使用锚索梁进行支护时，只需用4名人员配合即可完成，完成全部锚索梁安装仅需12 h，而架设钢棚需要10个人花费20 h的时间才能完成，这就为工作面的支护节约较多的时间。因此与传统的支护工艺相比，优化后的支护在降低了工人劳动强度的基础上，大大加快了工作面的推进速度。

2)锚索梁支护时锚索采用加强恒组预应力钢绞线，使得锚索的锚固端能够紧紧的锚注入在坚硬的岩石中，能够对破碎顶板起到较好的悬吊作用，避免了巷道顶板离层，经过安排专人每班对巷道的下沉情况进行观察，破碎区域内的顶板未发现较大的下沉。该支护工艺已经向其他矿井推广使用[5]。

3)53083巷顶板下沉区采取锚索梁加强支护后，通过30 d现场观察发现，锚索梁支护10 d范围内受顶板蠕动变形影响，巷道顶板下沉量相对较大，顶板下沉量为0.10 m，在10 d～30 d范围内锚索梁起到耦合支护作用，下沉量区域稳定，最大下沉量控制在0.12 m。

4 结语

长平煤矿综掘一队针对53053巷掘进期间顶板下沉现象，采取了锚索梁加强支护技术，通过实际应用效果来看，该支护技术具有结构简单、成本费用底、支护效果好等优点，有效控制了顶板下沉现象，提高了顶板永久支护效果，取得了显著应用成效。