JW型锚索棚在软岩巷道中的应用

刘植宁

（山西高平科兴龙顶山煤业有限公司，山西 高平 048400）

1 9102回风顺槽概述

山西高平科兴龙顶山煤业有限公司9102回风顺槽设计长度为2 323 m，巷道断面规格为宽×高=4.8 m×2.5 m，巷道掘进煤层为9号层，煤层平均厚度为1.6 m，平均倾角为3°，巷道采用综合机械化掘进工艺。

9102回风顺槽沿煤层顶板进行掘进，9号煤层直接顶及基本顶全部为炭质泥岩，总厚度为13.2 m，炭质泥岩整体稳定性差，岩石普氏系数f=2.0，岩体在应力作用下极易破碎。巷道顶板主要采用锚杆、锚索联合支护，顶板每排布置6根锚杆，锚杆间距为0.9 m，排距为1.0 m，顶板每排布置3根锚索，锚索间距为1.8 m，排距为3.0 m。

巷道掘进至660 m处时，煤层出现煌斑岩侵入现象，在煌斑岩侵入的附近，煤体硅化现象严重，从而导致煤体破碎以及顶板胶结稳定性变差，巷道从660 m处开始，顶板出现破碎现象，原顶板锚杆（索）在该区域的支护效果差，无法对不稳定顶板进行有效控制。

2 工字钢棚支护分析及现存问题

2.1 原顶板加强支护分析

当巷道顶板出现破碎后，初期采取缩小支护间排距的方式来进行顶板控制，同时对顶板施工工字钢吊棚加强支护，每架工字钢吊棚主要由2根长度为5.3 m的锚索以及1根长度为4.5 m的工字钢梁组成，钢梁宽度为0.11 m，钢梁承载强度为490 MPa，在钢梁腰部焊制两个支护孔，孔间距为2.0 m，工字钢梁布置排距为2.0 m。

2.2 主要存在问题

2.2.1 支护强度低

采用工字钢吊棚支护时，虽在支护数量上满足加强支护的要求，且工字钢具有刚性强、强度高等优点，但是工字钢为“工”字型结构，在实际应用中支护孔施工在钢梁腰部，腰部钢材厚度不足5 mm，在变形严重、应力大的顶板中应用时，钢梁腰部很容易出现折断、撕裂现象，达不到预期支护效果。

2.2.2 对顶板破坏严重

传统钢带支护时，钢带平面与顶板接触严实，可对顶板进行托锚作用，但是工字钢梁在支护时与传统钢带支护不同，工字钢梁主要通过梁两侧来对顶板进行支护，支护截面积小，属于线性支护，当顶板破碎严重时，钢梁两边会对顶板产生切顶破坏作用，不利于顶板安全管理维护。

3 JW型锚索棚支护结构及应用

3.1 支护结构

9102破碎顶板采用的JW型锚索棚主要由JW型钢梁和锚索组成，JW型钢梁主要由高锰钢通过模具一次性浇筑而成，JW型钢梁截面两边成“J型”，中部成“W”型，如下页图1所示。JW型锚索棚宽度为0.34 m，厚度为6 mm，钢梁抗压强度为512 MPa，在钢梁上焊制三个锚索支护孔，孔间距为1.8 m，每根钢梁配套3根长度为6.0 m的锚索。

图1 9102回风顺槽JW型锚索吊棚支护剖面示意图（mm）

3.2 支护工艺

1）采用MT-220型锚索钻机在顶板钢带之间施工支护钻孔，每排施工3个，钻孔间距为1.8 m，深度为6.0 m，锚索施工后外露长度控制在0.3 m左右。

2）同一排的3根锚索施工完后，在锚索外露端安装JW型钢梁，并采用锁具进行预紧，吊棚施工排距为3.0 m。

3.3 支护优缺点

1）支护截面积大。与传统工字钢棚的线性支护相比，JW型锚索棚支护时的钢梁支护截面积大，钢梁整个截面能够与顶板贴合，对破碎区、下沉区都能起到很好的支撑作用，可有效防止顶板垮落现象。

2）支护强度高。与传统工字钢梁相比，JW型梁在支护时，整个钢梁受力均匀，在对变形或大应力的顶板进行支护时，钢梁均匀受力且不易变形，整体支护的支护强度高。

3）顶板控制效果好。JW型锚索梁配套了3根锚索，锚索支护可起到有效的悬吊拱支护作用，同时JW型梁在对破碎顶板支护时，顶梁不会对顶板产生切顶破坏作用，提高了支护效果。

4）在实际应用中，JW梁支护也存在一些不足，主要表现在以下几方面：JW型吊棚支护成本费用高；JW型锚索梁重量大，在施工时需多人配合，加大了支护时的劳动作业强度。

3.4 实际应用效果分析

9102回风顺槽破碎顶板长度为95 m，共计施工了32架JW型锚索吊棚，在破碎顶板每隔30 m处，安装一个YH-300型顶板离层仪，并通过30 d的现场观察发现，在0~8 d范围内，由于巷道开挖后巷道围岩应力进行了重新分配，对围岩稳定性影响较大，顶板破碎岩体出现短时间蠕动变形现象，顶板下沉量相对较大，最大下沉量为0.11 m；在8~21 d范围内，顶板支护起到控制作用，顶板蠕动变形现象逐渐减弱，在此期间顶板累计下沉量为0.08 m；21 d后破碎顶板得到了完全控制作用，顶板未出现下沉现象。

4 结语

传统锚杆索支护在破碎顶板中进行应用时，受围岩松动圈、支护强度、支护工艺等影响，支护失效现象严重，破碎围岩无法得到有效控制，通过采取合理有效加强支护措施，应用JW型锚索吊棚支护后，顶板下沉量明显减少，既满足破碎顶板支护要求，又提高了破碎围岩的整体稳定性。该支护工艺适用于复杂条件下的采掘工作面破碎顶板中，具有显著的推广意义。