桁架锚索在综放工作面大断面巷道补强加固中应用

2022-02-23高亚伟

山东煤炭科技 2022年1期

高亚伟

（晋能控股煤业集团浙能麻家梁煤业公司，山西朔州 036000）

厚煤层具有产量高、效益好等优点，但受到开采期间瓦斯涌出量大、煤岩外运工作量大等因素影响，厚煤层综放工作面回采巷道断面一般较大，国内部分矿井回采巷道宽度可达5～6 m[1-3]。大断面巷道虽然可保证通风、煤炭运输等需求，但是也存在顶板中部容易断裂、下沉，巷帮煤壁破碎以及底板底鼓等问题[4-5]。确保大断面巷道围岩稳定是实现煤炭开采的前提，麻家梁矿14208回风巷净宽×净高=5500 mm×3600 mm，净断面20.9 m2，巷道在使用过程中受断层、邻近采面采动压力双重影响下围岩变形严重。通过综合分析，提出采用桁架锚索对巷道进行补强支护。

1 概况

14208工作面开采煤层为石炭系4#煤层，根据回采巷道及切巷掘进揭露，4#煤厚度变化较大，煤层厚度3.90～8.70 m，平均6.54 m。4#煤结构复杂，中间夹杂3～7层夹矸，夹矸厚度0.10～0.76 m，平均0.43 m，夹矸为黑色高岭岩、灰黑色炭质泥岩。4#煤顶底板以泥岩、砂质泥岩、泥岩为主，具体岩性见表1。

表1 煤层顶底板情况表

14208辅运巷与14207综放工作面之间留设有25 m保护煤柱。14208辅运巷掘进至560～605 m区间先后揭露有落差1.0 mFD8断层、落差2.7 mFD9断层。在上述两个断层影响带区域内巷道围岩破碎，承载能力较差。14208辅运巷断层影响区在邻近14207采面采动影响双重作用下出现顶板下沉、底鼓以及巷帮内挤情况，巷道变形严重，顶板锚索出现部分拉断情况，后续巷道修复工作量大。为确保14208辅运巷断层影响区内围岩稳定，提出采用桁架锚索对顶板进行补强加固。采面巷道位置示意图如图1。

图1 采面巷道位置示意图

2 桁架锚索支护应用

2.1 桁架锚索支护原理

14208辅运巷在560～605 m区间范围内在断层影响下顶板岩层破碎，承载能力以及抗压强度较低，加之巷道断面大，顶板岩层不利于形成整体结构，从而导致顶板下沉量增加。为提高巷道支护效果，在14208辅运巷顶板上水平以及垂向方向进行主动支护。为此，提出在辅运巷上增设桁架锚索对顶板施加一定量水平张紧力，从而克服单体锚索仅能提供垂向张紧力弊端，使得巷道顶板岩体处于多维挤压状态，提高顶板岩层稳定性以及抗变形能力，如图2。补强支护采用的桁架锚索结构包括高强度钢绞线、桁架连接器以及锁具等[6-7]。

图2 桁架锚索补强支护示意图

桁架锚索补强支护原理：以巷道肩窝受压岩体作为承载结构以及桁架锚索锚固点的基础，在桁架连接器作用下，通过高强度钢绞线施加给巷道顶板岩层一定的水平力，使得巷道顶板浅部岩层抗变形能力以及承载能力增强，从而有效控制顶板变形；同时，巷道原有的主动支护系统与桁架锚索共同作用下给巷道顶板施加一定量的向上作用力，有效削弱顶板下沉以及离层情况[8]。

2.2 补强加固方案

14208辅运巷在560～605 m区间加固采用螺纹钢锚杆（Ф20 mm×2500 mm），按照900 mm间排距布置；桁架锚索采用Ф17.8 mm×9300 mm高强度钢绞线，桁架系统孔口距帮均为1550 mm，底部跨度2100 mm，桁架锚索布置15°外插角。具体巷道补强加固方案如图3。

图3 桁架锚索补强加固设计图（mm）

2.3 现场应用效果分析

在14208辅运巷已加固区域内布置测点对巷道表层位移进行监测，如图4。

从图4中看出，在14208辅运巷未受到14207回采影响时，巷道顶板、巷帮累计变形量分别为41 mm、38 mm，变形量整体较小；当加固区域进入到14207回采影响范围内时，14208辅运巷加固区内顶板、巷帮变形量分别增加至162 mm、139 mm，随后逐渐趋于稳定。在14208辅运巷断层影响区内采用桁架锚索可有效提高围岩支护强度，降低邻近14207采面回采动压影响，控制围岩变形。