掘进巷道顶板全排锚索支护工艺的研究与应用

徐月

摘 要：榆林陶家沟2号井巷道掘进过程中出现较为严重的片帮、炸顶现象，地应力释放放十分严重，在常规的锚网支护情况下，巷道顶板出现大幅度下沉，因此为保证安全，采用了全排锚索支护工艺维护顶板。

关键词：巷道顶板；全排锚索支护

一、工艺研究背景和意义

榆林陶家沟2号井开采4号煤层，平均厚13.5m，目前矿井开采深度已经达到500米，随着釆深增大，地应力释放也非常剧烈，在巷道掘进过程中出现较为严重的片帮、炸顶现象，地应力释放十分严重，在常规的锚网支护情况下，往往在地应力释放之后，巷道顶板出现大幅度下沉，为确保安全，不得已在后期采用联合支护的方式进行顶板二次加固，费时、费力还增加了巷道的支护成本，并且给工作面回采期间工作面巷道支护造成极大的麻烦。因此合理的巷道支护方式是榆林陶家沟2号井亟待解决的一项重要问题。

二、矿井目前巷道支护情况

榆林陶家沟2号井现有的回采巷道支护方式主要是沿用过去巷道支护模式，顶锚杆为f20*2400mm的螺纹钢钢锚杆，帮锚杆为f20*1800mm的圆钢锚杆，锚杆排距为0.8米，并且在打设锚杆的同时，补充锚索支护，锚索排距为3米，每排两根锚索，间距为1.5米，锚索规格为f18.9*6300mm的钢绞线。在这种支护情况下，根据现场观察，巷道在进行以上锚网索支护后，出现以下主要问题：支护系统的刚度和强度低，出现了锚杆及钢筋托梁等被拉断、间断、撕裂等现象；地应力释放严重，矿压显现剧烈，巷道变形量大，巷道顶板在支护24小时内离层下沉量大，局部区域还出现顶板切顶现象，同时在掘进进尺过程中巷道片帮炸顶现象严重，前方预掘煤体在应力释放严重的情况下需要体现打设大量的托锚才能勉强控制住顶板程中，威胁安全生产。为确保安全，又采用二次套棚支护，费工费时，工人的劳动强度大，增大了巷道的支护费用，但支护效果并不是十分明显，巷道仍不能满足生产要求。

三、工艺的研究与探讨

要想提高巷道掘进率，保证巷道顶板稳定，就必须对现有的巷道支护形式进行改进，我矿拟采用顶板全排高强度大延伸率锚索支护技术来解决复杂困难条件下的巷道支护问题。其特有的支护材料强度高、预紧力大的优点，来控制复杂困难、强矿压显现巷道的大变形问题。

四、高强度支护理论及施工方案

我矿5243下顺槽巷道开掘以后，地应力释放非常剧烈，采用高强度锚杆支护按照设计的间排距施工，已不能满足生产需求，工作面围岩变化非常大，巷道成型极差，巷道顶板弯曲变形下沉30～40cm，巷道浅部离层较大，两帮收敛严重，加之巷道底鼓，频繁应付工作面的维护工作，工人的劳动强度非常大，以至于不能进行正常掘进施工。鉴于以上严重问题，我矿领导班子成员与相关科室进行研究讨论，在工作面实验高强度全排锚索一次性支护，维护工作面巷道顶板。高预应力强力一次支护理论的实质是，大幅度提高支护系统的初期支护刚度与强度，有效控制围岩变形，保持围岩的完整性，减小煤岩体强度的降低。

按照高强度锚索支护理论，在现场进行试验，将原有巷道顶板采用Φ20mm*2.4m螺纹钢锚杆改为Φ18.9mm*5.3m全排锚索支护，排距1米，间距0.75米，锚索预紧力250KN，帮锚杆采用Φ20mm*1.8圆钢锚杆支护围岩，通过观测，巷道围岩控制不理想，随后采用Φ21.8mm*5.3m高强度高延伸率全排锚索支护，排距1米，间距0.75米，锚索预紧力由250KN加大到300KN；帮锚杆由原有的Φ20mm*1.8m圆钢锚杆改为Φ20mm*2.2m圆钢锚杆，预紧力由150 Nm加大到200 Nm；锚网梁由原有的Φ6 mm钢筋增加为Φ12 mm钢筋 。

五、工艺效果验证

在今年5月采用高强度全排锚索支护以来，首先采用Φ18.9mm*5.3m的锚索支护巷道顶板，没有达到理想的效果，后来采用Φ21.8mm*5.3m的锚索支护巷道顶板，巷道整体成型较好，在巷道施工过程中，通过巷道安装的顶板离层仪及顶板位移量监测数据表面，巷道在支护后顶板离层下沉量在24小时内由原来的200mm减少到30mm到50mm，巷道趋于稳定，在局部构造带下沉量超过100mm的地段，增设了单体支柱。在没有使用高强度高延深率锚索之前，月最高进尺86.4米，试验使用后，掘进进度每月递增，最高月进尺达到255米，保证巷道的正常掘进，缓解了矿井接续紧张的被动局面。目前巷道已经全部施工完毕，其中前500米采用原有的巷道支护方式，在进行锚网支护后由于顶板离层量大，全部在后期进行了二次联合支护，而后700米采用高强度全排锚索支护后，基本没有进行二次联合支护；该工艺在现场应用取得了成功。

六、经济效益分析

巷道围岩完整、稳定，没有出现明显的破坏，支护效果良好，不需要维修，更不需要进行架设工钢棚等补强措施。为矿井的顶板安全管理提供了保障。采用高强度锚索支护技术，虽单价比螺纹钢锚杆及普通锚杆高，但是减少了巷道二次联合支护的费用，同时降低了工人的劳动强度，对于辅助运输等成本也相应地减小。就目前榆林陶家沟2号井现状，使用此工艺显著提高了掘进速度，有效控制围岩的变形，提高了巷道支护的可靠性，从而大大降低了片帮冒顶事故发生的可能性，也大大减小了掘进工作面炸顶、炸帮等矿压显现现象，改善工人作业环境的安全性，能缓解采掘衔接问题，有利于矿井实现高产高效。

参考文献：

[1] 邢福康.煤矿支护手册[M].北京：煤炭工业出版社，1993

[2] 高延法等.矿山岩体力学[M].徐州：中国矿业大学出版社，2000