锚杆架棚支护技术在破碎顶板中的应用

2021-05-19吴晓峰

机械管理开发 2021年3期

吴晓峰

（晋能控股煤业集团有限公司，山西大同 037001）

引言

煤矿在开采作业时会出现较多的安全问题，这些问题一直制约着矿井正常工作的开展。随着我国现代化水平的提高，对于煤炭的需求量也越来越大，掘进巷道也逐渐向矿井深处延伸，然而由于巷道深处煤层煤质发生变化，顶板破碎、下沉、巷道围岩、地质构造应力等危险因素较多，员工的生命得不到保障。所以对于采掘工作面围岩采取合理有效的支护技术，对煤矿安全高效开采具有重要意义，本文以大斗沟煤矿5201 巷为例，对巷道过应力区采用了锚杆架棚支护技术。

1 大斗沟煤矿5201 巷概述

大斗沟煤矿5201 巷位于井田三盘区，北东部为山2 号层盘区巷，北西部为8202 设计工作面，南东为8206 设计工作面，南西为山2 号煤层可采边界。

5201 巷设计长度为1 780 m，巷道设计断面规格为宽×高=5.2 m×3.6 m，巷道掘进煤层为2 号煤层，平均煤层厚度为2.71 m，煤层含夹矸1～2 层（0.15～0.4）。煤层走向北西，倾向南东，煤层结构简单，2 号煤层在伪顶主要以泥岩为主，平均厚度为0.3m，直接顶主要以粉细砂岩为主，平均厚度为12 m，基本顶主要以中粗砂岩为主，平均厚度为15 m。

5201 巷采用综合机械化掘进，截止目前巷道已掘进520 m，巷道掘进至535 m 处位于巷道北侧24 m存在一条X4 陷落柱，陷落柱长轴长度为36 m，短轴长为19 m，该陷落柱对巷道掘进影响长度为32 m，巷道掘进至515 m 处进入X4 陷落柱应力区，受陷落柱应力影响，巷道在前期掘进过程中顶板出现破碎、片帮现象，并及时采用密集锚网索进行维护，但是实际应用效果周期相对较长，无法满足应力区巷道支护要求[1-2]。

2 传统支护主要存在的问题

2.1 传统单一锚网支护的问题

传统支护工艺主要是采用锚网对巷道顶板进行支护，比较适用于大多数顶板平整性较好的工作面，然而对于5201 巷软薄岩顶板的支护效果较差，特别是该巷道掘进巷道断面较大，软薄岩的节理发育破碎很容易引起支护失效而发生顶板下沉的情况；在进行锚索支护的过程中，由于钻孔涌水量较大导致施工难度大，传统锚网索支护方式已经无法满足支护要求。

2.2 单一架棚支护的问题

由于5201 巷复合顶板压力较大，采用工字钢棚对顶板进行支护时无法抵消顶板压力而发生离层，随着顶板压力越来越大，工字钢棚会出现棚腿变形的情况，给施工人员后期的维护造成较大的工作量，导致掘进工作面推进速度缓慢，再加上工字钢棚的费用投入较大，因此架设钢棚无法满足快速掘进的需求。

3 锚杆架棚支护技术应用

为了提高5201 巷过应力区顶板稳定性，防止巷道顶板出现垮落事故，决定对巷道采取锚杆架棚支护技术，如下页图1 所示。

3.1 支护作用原理

当掘进巷道顶板压力增大时，由于工字钢棚的支撑能力较低，顶板的变形下沉量会增大，工字钢棚无法对下沉的顶板进行有效支护，这种支护方式只能对顶板的离层起到被动支护，一旦掘进巷道顶板下沉严重时，工字钢棚的棚腿会发生变形或断裂；采用锚网支护能够有效地对巷道围岩进行加固，提高顶板支撑的承载力，这种支护方式虽然属于主动支护，但是不适用于软薄型复合顶板。采用联合支护的方式不仅利用锚网支护进行加固，而且还能使用钢棚对顶板进行支护，既能够对巷道围岩进行加固，又能进行支撑，刚柔并济，不论从技术上还是实际上都非常适用于软薄复合顶板。

3.2 支护参数

1）锚网支护:采用长度与直径分别为2.0 m、22 mm 左旋螺纹钢锚杆，并为每个锚杆配套两卷型号为S2360、Z2360 树脂药卷，相邻锚杆的距离控制在0.6～0.9 m 之间，相邻两排锚杆的距离为0.7 m，之后再使用金属网及钢带对顶板进行支护。巷道两侧的锚杆采用长度与直径分别为2.5 m、22 mm 钢锚杆，并为每个锚杆配套一卷型号为S2360 树脂药卷，相邻锚杆间距与排距均为1.0 m，如图1 所示。