应力集中区巷道支护工艺优化

张惠峰

（霍州煤电集团吕临能化有限公司，山西 吕梁 033200）

1 概况

霍州煤电集团吕临能化有限公司庞庞塔煤矿704运输巷位于10#煤七采区，工作面北部为703综放工作面，南部为双叶则村保安煤柱，西部为702综放工作面采空区，东部为未施工的706综放工作面。工作面上部为原老矿5#煤采空区及5上-104工作面。

704运输巷设计长度为2076m，施工巷道沿10#煤层底板掘进，10#煤层平均厚度为11.8m，施工巷道断面规格为宽×高=5.0×3.1m。704运输巷顶板存在伪顶主要以泥岩为主，平均厚度为0.3m；直接顶主要以砂质泥岩为主，平均厚度为2.61m；基本顶主要以K4砂岩为主，平均厚度为3.5m。

由于704运输受临近及上覆岩层采空区影响，巷道掘进至470m处巷道压力显现，巷道围岩出现明显变形现象，两帮移近量高达320mm，顶底板移近量最大处达到了640mm，顶板锚杆支护失效现象严重，应力集中区长度达87m，严重威胁着巷道安全掘进和使用。

2 704运输巷应力集中区破碎顶板联合支护措施

为了保证巷道掘进安全，提高施工巷道顶板稳定性，通过技术研究决定在704运输巷应力区破碎顶板采取“JW型钢带锚索+注浆+梯形工字钢棚”进行联合支护。

2.1 JW型钢带锚索支护

（1）JW型钢带支护组成：JW型钢带支护由一根长度为4.8m、宽度为0.32m“JW”型钢带以及5根长度为2.5m左旋无纵筋螺纹钢锚杆组成。钢带上均匀焊制5个圆孔，孔径为30mm，孔间距为1.1m，钢带排距为1.0m。

（2）施工工艺：① 首先采用MT-130型锚索钻机配套六棱中空钻杆以及“八”字型钻头在指定区域进行钻孔施工，钻孔深度为2.5m，孔径为28mm，当第一个中部钻孔施工完后，对钻孔内依次填装锚固剂及锚杆，并进行锚固；② 锚杆锚固后在锚杆外露端依次安装金属经纬网、“JW”型钢带以及钢方垫，采用螺母将钢带与顶板固定，钢带与巷道垂直布置；③ 以此类推，以同样工序将钢带其他锚杆进行锚固；④ 顶板锚索采用长度为5.3m、直径为17.8mm预应力钢绞线，每排布置3根，锚索间距为1.6m，排距为3.0m，如图1所示。

（3）注意事项：① 每根锚杆必须配套两支锚固剂，锚固长度不得低于0.9m，锚固力不得低于10t，预紧力不得低于200N·m；② 所有锚杆垂直顶板布置，允许偏差不得大于3°，锚杆外露长度应控制在10～30mm范围内。

2.2 注浆支护

（1）704运输巷掘进至470m处时停止掘进，在工作面煤壁距顶板1.0m处施工一排注浆钻孔，共计4个，钻孔间距为1.2m，钻孔直径为45mm，钻孔深度为5.0m。所有钻孔与顶板成45°仰角布置，其中位于两帮注浆钻孔与巷帮成30°夹角布置，钻孔终孔位于顶板岩体松动圈内。

（2）注浆钻孔施工完后依次在孔内埋入直径为20mm注浆软管，并在距孔口0.5m处安装封孔器，将注浆软管与注浆枪连接，注浆枪与3ZBQ20/24矿用气动注浆泵连接。

（3）为了保证注浆液对顶板岩体裂隙充填效果，采用聚氨酯粘合剂作为注浆液，该注浆材料具有渗透能力强、粘接效果好等优点。注浆时采用“由里向外，由低压向高压”的原则，注浆期间邻孔出现窜液时立即停止注浆。巷道每掘进5m施工一排注浆孔。

2.3 架设梯形工字钢棚

为了进一步提高顶板稳定性，降低应力对顶板垂直破坏作用，顶板支护施工完后在巷道内架设密集梯形工字钢棚。

（1）梯形工字钢棚主要由一根工字钢梁、两根棚腿、两个底座以及卡缆等部分组成，顶梁长度为4.8m，在距顶梁两端1.0m处各焊制两个直径为30mm圆孔；棚腿长度为3.5m；底座主要由一块长×宽=0.3×0.3m钢板制成。

（2）首先在巷道两帮底板处安装钢棚底座，底座与底板之间采用三根地锚固定，同一架钢棚两个底座轴线与巷道中线垂直，棚腿底座固定后采用螺栓固定，棚腿与巷帮成17°夹角布置。

（3）两根棚腿安装后将顶梁与棚腿采用卡缆及螺栓固定。为了保证钢棚架设稳定，钢棚架设完成后，在顶梁中采用两根锚杆将顶梁与顶板进行固定；若钢棚顶梁与顶板不接顶采用水泥背板及木楔背紧、背牢，钢棚架设间距为1.0m。

图1 704运输巷应力区破碎顶板联合支护断面图

3 结 语

（1）与传统单锚杆支护相比，采用“JW”型钢带锚索支护后，提高了支护体对破碎顶板的支护断面，保证了相邻两根锚杆之间联锁作用，有效防止了单锚杆支护时，支护体相对独立，发生冒顶事故。

（2）采用注浆支护后提高了顶板破碎岩体胶结稳定性及岩体单轴抗压强度。通过岩体单轴抗压试验发现，在注浆前顶板煤岩体单轴抗压强度不足15MPa，注浆后顶板岩体单轴抗压强度提高至57MPa，同时采用注浆后使注浆液高压渗透至裂隙带内，阻止了顶板岩体松动圈向深部延伸。

（3）采取架设梯形钢棚进一步提高了顶板稳定性，防止了顶板下沉、离层现象。通过观察发现，采取钢棚支护后在前10d受顶板塑性变化影响，顶板最大下沉量为0.17m，在10d顶板变形趋于稳定，顶板下沉量控制在0.12m以下。