复合顶板巷道架棚支护向锚网索支护转换应用实践

摘 要：针对具体的现场条件及支护难点对支护方式进行革新，设计了新型锚网索支护方案，并在工程实践中成功应用，取得了良好的围岩控制及巷道支护效果，具有较为显著的技术及经济效益。

关键词：复合顶板；工字钢架棚；锚网索支护；支护革新

针对5103工作面区段平巷的顶板支护展开研究，对原5101工作面区段平巷常规使用的工字钢架棚支护工艺进行革新，创新设计应用新型锚网索支护工艺，以达到对复合顶板的有效支护，确保安全快速掘进。

1 工程概况

5103工作面主采5#煤层，回采区域内煤层埋深平均近300m，煤层厚度2.8～6.2m，平均为4.8m，煤层倾角2～13°，平均为7°，煤质较松软，取煤样测得的单轴抗压强度为2～10MPa。煤层直接顶为泥岩，厚度变化范围较大，介于0.7～17.3m之间，局部区域有炭质泥岩伪顶，厚度一般在0.5m以内，直接顶内部含1～2层煤泥夹层；煤层老顶為细粒砂岩，厚度2.8～4.0m，硬度较大；煤层直接底为黑色泥岩，厚度1.2～4.5m，为典型的复合顶板。在5101工作面掘进过程中，区段巷道使用工字钢梯形架棚支护，属于被动支护方式。

2 支护难点分析及架棚支护困境分析

经过现场调研及总结5101工作面掘进支护经验预测，在5103工作面区段平巷掘进过程中将面临的支护难点及架棚支护的缺陷主要包括：

2.1 复合顶板难支护的客观条件

矿山压力显现明显，巷道开挖后受围岩变形发展速率较快，需要及时、有效的初期支护及主动支护；复合直接顶内部岩层的物理力学性质差异较大，软弱夹层及弱面较多，容易发生离层的风险点多，如支护不及时或支护效果差，容易发生复合离层，导致顶板下沉量增大，离合后的顶板破碎失稳。

2.2 工字钢架棚支护对现场条件适应性差

工字钢架棚支护属于被动支护，不能及时给围岩施加主动支护力，增阻速度慢且工作阻力小；工字钢架棚支护的实际支护效果不理想，棚梁棚腿的接顶背帮困难，往往呈现点接实或局部接实，难以发挥设计的强度和承载能力；掘进后工字钢棚梁及棚腿变形迅速积累，对顶板支护能力迅速减弱，造成顶板离层及变形加剧，还造成棚梁弯沉、扭转等变形，巷道维护困难，于安全生产不利。

2.3 支护-围岩系统难以形成有效的承载结构

巷道支护仅仅依靠外部支护承载整个围岩的重量是不现实的，其关键在于依靠科学合理的外部支护，使支护-围岩形成统一的承载结构，更大程度的依靠围岩自身来承载上部岩层重量，否则盲目的提高支护强度或增加支护成本也很难实现围岩的有效支护。因此，应根据具体条件，设计出支护-围岩系统协同作用的支护方案。综上分析，基于经过现场调研及总结5101工作面掘进支护实践，工字钢架棚支护对5103工作面区段平巷的掘进工作适应性差，应根据具体的地质生产条件设计新的支护方案。

3 支护对策及支护方案设计

3.1 支护对策分析

针对具体的现场条件及支护难点，认为支护的关键一是革新原有的被动架棚支护工艺，改用新型锚网索支护工艺，二是适当提高支护强度，提高顶板支护及护帮能力，三是重视围岩整体结构的形成，减少对围岩的扰动，重视对围岩的加固，提高围岩的自承载能力。

顶板及两帮设计采用高强锚杆支护，对顶板进行锚固、加固，提高围岩抗剪强度，阻止顶板间离层及层间错动；顶板配合使用锚索支护，增大锚固深度，组合浅部软弱围岩与深部稳定岩层，通过锚固及悬吊作用使围岩整体性增强，提高自稳能力及承载能力；并充分借助金属网、钢筋梯子梁、锚杆托盘等，加强锚固力施加，提高锚固强度，提高围岩整体性，防止围岩破碎漏冒。

3.2 支护方案说明

综上，设计巷道掘进采用矩形断面，采用高强度锚杆一金属网一钢筋梯子梁一小孔径预应力锚索的联合支护方案，支护方案及参数说明：顶锚杆使用左旋高强螺纹钢锚杆，规格Φ20×2200mm，每根使用CK2340、Z2388共2支树脂锚固剂，锚固长度1300mm，预紧力不低于180kN，间排距850×850mm；帮锚杆使用左旋高强螺纹钢锚杆，规格Φ18×1800mm，每根使用2支CK2340树脂锚固剂，锚固长度1000mm，预紧力矩不低于180N·m，间排距900×850mm；顶板配合高强度预应力钢绞线锚索，规格Φ17.8×6000mm，每根锚索使用树脂加长锚固剂CK2340（1支）、Z2388（2支），锚固长度2000mm，预紧力不低于200kN，间排距2400×2550mm；使用好金属网、钢筋梯子梁、锚杆托盘等，加强锚固力施加，提高锚固强度。

4 结语

传统的工字钢架棚支护存在被动支护、顶板离层、围岩变形、棚梁变形、支护失效等缺陷，对复合顶板的适应性差，支护效果不佳。针对具体的现场条件及支护难点，认为支护的关键是革新原有的被动架棚支护工艺，改用新型锚网索支护工艺，并设计了具体的锚网索支护方案，通过现场工程实践验证，新设计的锚网索支护方案取得了良好的围岩控制及巷道支护效果，在5103工作面区段平巷的掘进及支护中取得了成功及推广应用，具有较为显著的技术及经济效益。

参考文献：

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[2]吴靖.软弱复合顶板煤巷支护方式研究[J].煤矿现代化，2018（06）：75-77.

[3]高峰，李纯宝，张树祥.复合顶板巷道变形破坏特征与锚杆支护技术[J].煤炭科学技术，2011（8）.

作者简介：

鲍永强（1983- ），男，山西应县人，工程师，长期从事煤矿管理方面工作。