趙云龍

（平煤股份十二礦，河南 平頂山 467000）

1 工程概況

河南平煤股份十二礦己16-17-31030工作面進(jìn)風(fēng)巷掘進(jìn)工作面位于三水平東翼上部，巷道南鄰己14-31050上進(jìn)風(fēng)巷，北鄰己15-31030工作面進(jìn)風(fēng)巷、己15-31050回風(fēng)巷，東鄰十二礦井田邊界，西鄰三水平四條下山，工作面上覆為己15-31030工作面采空區(qū)，掘進(jìn)巷道沿己16-17煤層頂板施工，上部為己15煤層采空區(qū)，平均間距為0.7m，己16-17煤層整體賦存較穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，煤厚0.7m～2.1m左右，平均煤厚約2m，平均傾角為8°。己16-17煤層直接頂為灰色砂質(zhì)泥巖，均厚約0.7m；直接底為灰色砂質(zhì)泥巖，均厚0.5m，基本底為灰白色細(xì)砂巖，均厚約1.8m。己15煤層平均厚度1.6m，其直接頂為灰色砂質(zhì)泥巖，含大量植物化石，普氏硬度3～5，厚4.5m。

由于己16-17煤層上覆為己15煤層采空區(qū)，平均間距僅為1.2m，上覆煤層回采后覆巖會(huì)逐漸垮落，致使巷道圍巖整體較為破碎，故己16-17-31030工作面進(jìn)風(fēng)巷斷面選用拱形斷面，斷面尺寸為掘?qū)挕辆蚋?5.76m×3.6m，現(xiàn)為保障巷道破碎圍巖的穩(wěn)定，進(jìn)行支護(hù)方案的設(shè)計(jì)分析。

2 破碎圍巖支護(hù)方案

2.1 支護(hù)原則

根據(jù)己16-17-31030工作面進(jìn)風(fēng)巷的圍巖地質(zhì)條件可知，圍巖表現(xiàn)為破碎和軟弱的特征，基于該特征，確定巷道采用棚式支架與錨索相結(jié)合的耦合支護(hù)，通過(guò)U型鋼棚能夠?qū)鷰r提供較高的支護(hù)阻力，以此能夠充分改善淺部圍巖的應(yīng)力分布，充分提高破碎圍巖體的殘余強(qiáng)度；進(jìn)一步通過(guò)錨索支護(hù)將支護(hù)體系與深部圍巖體連接到一起，充分發(fā)揮深部圍巖體的承載能力。通過(guò)充分發(fā)揮U型鋼和錨索的承載性能，以實(shí)現(xiàn)棚索協(xié)同支護(hù)，共同承載的特性。

現(xiàn)結(jié)合己16-17-31030工作面進(jìn)風(fēng)巷圍巖的特征，確定巷道采用棚索協(xié)同支護(hù)，并強(qiáng)化支架搭接強(qiáng)度和支架間圍巖強(qiáng)度，具體巷道采用的各項(xiàng)支護(hù)技術(shù)原理如下：

1）支架搭接強(qiáng)化技術(shù)：在U型鋼支護(hù)間采用新型雙槽夾板面卡纜，通過(guò)新型卡纜以增大U型鋼上的正應(yīng)力，以此來(lái)提高鋼棚能夠?qū)ο锏罏閲鷰r提供的工作阻力，采用新型卡纜后，能夠?qū)型鋼與卡纜間的受力狀態(tài)，防止支架在滑移后出現(xiàn)預(yù)緊力的大幅降低的現(xiàn)象，實(shí)現(xiàn)U型鋼卡纜更好的限位作用[1-3]，實(shí)現(xiàn)U型鋼支架間搭接處強(qiáng)度的強(qiáng)化。

2）支架間圍巖強(qiáng)化技術(shù)：通過(guò)在巷道表面采用強(qiáng)度的護(hù)表結(jié)構(gòu)，通過(guò)高強(qiáng)度、高剛度的護(hù)表結(jié)構(gòu)，使其即能夠適應(yīng)圍巖一定程度的變形，又能夠提供一定的支護(hù)抵抗圍巖的變形，據(jù)此確定巷道表面采用高強(qiáng)度雙抗雙扣鋼筋網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)U型鋼棚與鋼筋網(wǎng)片間扣緊，以提高U型鋼支架的整體承載能力和鋼筋背板的穩(wěn)定性。

3）U型鋼-錨索協(xié)同支護(hù)：根據(jù)眾多U形鋼支架受力變形特征的分析結(jié)果可知[4-5]，U型鋼搭接處為支護(hù)的薄弱環(huán)節(jié)，現(xiàn)為提高支架的整體承載能力，在U型鋼支架搭接處，采用高承載能力、增阻快的預(yù)應(yīng)力帶梁錨索，提高U型鋼支架的承載能力，更好的實(shí)現(xiàn)棚索耦合支護(hù)效果。

2.2 支護(hù)方案

基于上述確定的支護(hù)原則及支護(hù)技術(shù)，確定巷道采用29U型鋼支架+高強(qiáng)度雙抗雙扣鋼筋網(wǎng)片+高強(qiáng)度錨索進(jìn)行支護(hù)，根據(jù)巷道賦存情況，可知巷道頂板與己15煤層采空區(qū)間的巖層均較為破碎，己15煤層直接頂為灰色砂質(zhì)泥巖，普氏硬度3～5，厚4.5m，相對(duì)較為堅(jiān)硬，為保障錨索的支護(hù)效果，設(shè)計(jì)將錨索錨固在該巖層的中上部，故設(shè)置錨索的長(zhǎng)度為6.0m。

具體巷道支護(hù)方案中的參數(shù)如下：

1）U型鋼支架：U型鋼支架結(jié)構(gòu)采用三節(jié)拱，頂梁與棚腿之間的搭接長(zhǎng)度為0.5m，鋼棚棚距為550mm，支架間采用上下限位的夾板面的卡纜，搭接處每處安裝三道卡纜，其中采用1付普通卡纜，采用2付限位雙槽夾板面卡纜，雙槽卡纜的尺寸如圖1所示[6]，設(shè)置卡纜螺母預(yù)緊扭矩為300N·m。棚架間搭接處每處安裝一道拉板（采用寬×厚=70mm×10mm的鋼板加工），背板采用φ120～140mm的半圓木加工，支架的頂部、兩幫背緊、背牢、充滿填實(shí)。

圖1 雙槽夾板卡纜參數(shù)示意圖

2）鋼筋網(wǎng)片：鋼筋網(wǎng)片的主筋和副筋直徑分別為10mm和6mm，網(wǎng)孔大小為100×100mm，具體高強(qiáng)度雙抗雙扣鋼筋網(wǎng)片的參數(shù)如圖2a)所示；U型鋼支架搭接部位采用普通的鋼筋網(wǎng)片進(jìn)行護(hù)表，網(wǎng)孔大小為100×100mm，具體普通鋼筋網(wǎng)片的尺寸參數(shù)如圖2b)所示。

圖2 鋼筋網(wǎng)片尺寸參數(shù)示意圖

3）錨索支護(hù)：錨索采用低松弛高強(qiáng)度1×19股鋼絞線，規(guī)格為Φ17.8×6000mm，巷道斷面內(nèi)布置四根錨索，兩幫在距離底板300mm的位置處布置兩根錨索，錨索垂直于巷幫打設(shè)，另外在距離巷道頂板1500mm的兩肩處布置兩根錨索，錨索同樣垂直于巷道表面布置，錨固方式采用樹(shù)脂加長(zhǎng)錨固，設(shè)置幫部錨索的間排距為1200×1000mm，頂板錨索的間排距為1400×1000mm，另外錨索支護(hù)時(shí)，使用U型鋼托梁進(jìn)行配合支護(hù)，鋼托梁長(zhǎng)度為750mm。為保障錨索在一定程度上適應(yīng)圍巖的變形，設(shè)置錨索的預(yù)應(yīng)力為100kN。

具體31030工作面進(jìn)風(fēng)巷棚索耦合支護(hù)形式及各項(xiàng)參數(shù)如圖3所示。

圖3 31030工作面進(jìn)風(fēng)巷巷道支護(hù)示意圖

3 支護(hù)效果分析

在31030工作面進(jìn)風(fēng)巷采用上述支護(hù)方案后，通過(guò)監(jiān)測(cè)巷道掘進(jìn)期間巷道表面位移情況來(lái)驗(yàn)證巷道支護(hù)方案的應(yīng)用效果，測(cè)點(diǎn)布置在滯后掘進(jìn)工作面10m的位置，通過(guò)十字布點(diǎn)法進(jìn)行圍巖變形量的監(jiān)測(cè)，巷道表面位移中主要監(jiān)測(cè)頂?shù)装寮皟蓭鸵平浚扛?d進(jìn)行表面位移數(shù)據(jù)的測(cè)量與記錄，持續(xù)進(jìn)行70d的監(jiān)測(cè)作業(yè)，根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)得出巷道表面位移、巷道表面位移速率曲線如圖4所示。

圖4 巷道表面位移監(jiān)測(cè)結(jié)果曲線圖

分析圖4可知，巷道掘進(jìn)后0～20d內(nèi)為巷道表面位移變形的主要階段，該階段內(nèi)頂?shù)装搴蛢蓭推骄冃嗡俾史謩e為7.6mm/d和4.7mm/d，相較于兩幫變形量，頂?shù)装遄冃瘟枯^大的主要原因?yàn)橄锏理敯迳细矠榧?5煤層采空區(qū)，頂板巖層較為破碎，在掘進(jìn)擾動(dòng)下，頂板巖層會(huì)呈現(xiàn)出相對(duì)較大的變形；當(dāng)巷道掘出20d后，此時(shí)巷道頂?shù)装寮皟蓭妥冃嗡俾手饾u降低，圍巖變形量也相應(yīng)降低；當(dāng)巷道掘出后40d后，此時(shí)巷道頂?shù)装寮皟蓭妥冃瘟炕疽堰_(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，最終頂?shù)装寮皟蓭妥冃瘟糠謩e220mm和149mm，圍巖變形量處于合理范圍內(nèi)，巷道圍巖得到了有效控制，滿足回采巷道的使用要求。

4 結(jié)論

根據(jù)己16-17煤層與己15煤層采空區(qū)間的賦存關(guān)系，結(jié)合巷道的具體條件，通過(guò)分析破碎圍巖的支護(hù)原則，確定巷道采用棚索耦合支護(hù)的方式進(jìn)行圍巖控制，支護(hù)實(shí)施時(shí)采用29U型鋼支架+高強(qiáng)度雙抗雙扣鋼筋網(wǎng)片+高強(qiáng)度錨索進(jìn)行圍巖控制，并基于支護(hù)原則和巷道圍巖特征進(jìn)行具體支護(hù)參數(shù)的設(shè)計(jì)。根據(jù)支護(hù)方案實(shí)施后的巷道表面位移的監(jiān)測(cè)結(jié)果，得出支護(hù)方案保障了圍巖的穩(wěn)定，滿足回采巷道的使用要求。