无架棚技术在金凤煤矿过断层中的研究与应用

赵晓鹏

摘 要：为了提高掘进巷道在特殊地质条件下的单进水平，本文利用短锚索替代架棚，既确保了安全，降低了支护劳动强度，又提高了掘进效率，具有类似地质条件推广使用的价值。

关键词：短锚索；架棚；断层；效率

巷道掘进施工过程中，经常会遇到断层，风氧化带等特殊地质条件，在这些条件下，巷道围岩变形和破坏强烈，支护难度大，当支护设计不合理时，经常会发生冒顶事故。采用棚式支护时，劳动强度大、材料费用高，且支护效果差，不能有效控制围岩的变形和破坏。本文就金凤煤矿回风巷掘进至特殊地质条件下遇到断层时，通过大量理论验证，对采用短锚索代替螺纹钢锚杆，配合钢筋网及锚索梁加强支护方法应用成功的实例做以下介绍。

1 巷道过断层

神华宁夏煤业集团金凤煤矿011205工作面回风巷是沿煤层破顶板200mm（伪顶）掘进的回采巷道，巷道断面形状为矩形，巷宽4.6m，巷高2.8m，回風巷掘进至2950m时揭露JL12-59 320°∠70°正断层，落差为1.6m，巷道顶板淋水较大伴生裂隙比较发育，根据地测科提供地质资料，煤层顶板以上3.8m地质条件为风氧化带，地质条件极为复杂，通过打钻探煤，决定巷道按照+8°追煤掘进，巷道留顶煤段，为控制断层破碎带顶岩层的显著变形和破坏，为保证巷道的安全使用，采用短锚索、钢筋网配合锚索梁进行加强支护，在这基础上，喷射混凝土浆液对巷道淋水段进行喷浆封闭。

1.1 采用短锚索代替锚杆支护方案

为控制断层破碎带顶板岩层的显著变形和破坏，防止锚索过长穿透风氧化带造成巷道淋水加大，留顶煤掘进段巷道顶部采用Φ17.8×3300mm预应力钢绞线替代了Φ20×2200mm左旋无纵筋螺纹钢锚杆，配以150×150×10mm铁托板，每根短锚索充填2节Z23/70型树脂药卷进行锚固，预紧力保证50kN，间排距800×1000mm矩形布置，进行支护，靠近巷道两帮肩窝的短锚索与巷道顶板成10°角打设，巷道中间段锚索垂直巷道顶板打设。（如图1、图2所示）

1.1.1 采用短锚索代替锚杆支护参数校核

短锚索安装越及时，预紧力越大，则锚固范围内岩层的整体刚度越高，岩层处于压缩状态，保持了岩层的完整性和整体强度。

1.1.2 锚索梁加强支护方案

断层面前后留顶煤段在基本支护的基础上垂直巷道走向架设锚索梁进行加强支护，锚索梁采用11#矿用工字钢加工而成，每组锚索梁采用两根φ17.8×5300mm预应力钢绞线，配以150×150×16mm的铁托板，每根锚索采用4节Z23/70型树脂锚固剂，预应力不小于100kN，锚固力不小于200kN。锚索梁与顶板接触不实处，采用背板、木楔等绞紧背实，锚索安装角度与巷道顶板垂直（如图1、图2所示）。

通过理论校核，锚索梁间距为1m，每根锚索梁配合两根5300mm锚索完全符合要求。

1.2 加固效果

通过现场观察，巷道顶板浅部岩层的离层、滑动得到有效的控制，巷道掘成已近1年，淋水量没有加大，巷道顶板离层观测仪数据显示巷道断层区域围岩没有发生明显的变形破坏，围岩位移已基本趋于稳定，加固效果明显。

2 结论

①当顶板破碎、遇特殊地质条件时，采用短锚索、锚网、配合锚索梁加强支护技术，能增大对巷道顶板的主动支护效果，提高掘进巷道在特殊地质条件下的单进水平。

②短锚索支护可以有效加固断层面影响范围内的煤岩，锚固到巷道顶板更深处的坚硬顶板，将煤岩牢牢地悬吊，使其形成稳定的整体，确保顶板安全。

③同传统的棚式支护相比，锚索网联合支护在支护效果、施工速度、施工难度以及支护成本等方面有着明显的优势， 劳动强度低，是今后发展的方向。

④支护效果良好。通过对该面掘进期间及巷道掘成已近1年的顶板离层监测仪观测，顶板没有发生明显离层现象。

参考文献：

[1]钱鸣高，刘听成.矿山压力及其控制[M].北京：煤炭工业出版社，1991.

[2]康红普，王金华.煤巷锚杆支护理论与成套技术，2013.

[3]张宝明，陈炎光.徐永圻.中国煤矿高产高效技术[M].徐州：中国矿业大学出版社，2001.