锚索梁支护在巷道顶板下沉区应用实践

薛少峰

（山西汾西正令煤业有限责任公司，山西 孝义 032300）

巷道开挖后破坏了原岩应力平衡，巷道顶板形成应力组合梁，该组合梁承载能力主要由巷道顶板岩石层稳定性决定。由于受采动压力、构造应力等外界作用力影响，巷道顶板岩石层稳定性降低，顶板压力加大，当矿压大于组合梁承载能力时，巷道顶板会发生塑性变形，主要体现在顶板下沉，随着顶板下沉量逐渐加大，顶板压力大于组合梁屈服极限时，顶板出现破碎、冒顶、垮落等现象，从而加大了顶板支护难度，威胁着煤矿安全生产。本文以正令煤矿2108回风顺槽为研究对象，分析巷道顶板出现下沉主要原因及锚杆支护在下沉区应用中存在的不足，提出了锚索梁支护在下沉区中的应用，保证巷道安全稳定。

1 概 述

山西汾西正令煤业有限责任公司位于孝义市西南直距15km处柱濮镇上令狐村，矿井井田面积为5.8405km2，设计生产能力为0.9Mt/a。井田内分三个采区，目前回采2#煤层二采区。

2108回风顺槽位于二采区北翼，回采煤层为2#石炭系煤层，巷道设计长度为1600m，巷道为矩形断面，断面规格为宽×高=4.0×3.5m，巷道采用锚杆、锚索、金属网支护，顶板每排施工4根单锚杆，锚杆间排距为1.0×1.0m，锚杆采用长度为2.2m，Ф20mm螺纹钢锚杆，锚索长度为6.0m，直径为17.8mm，每排施工2根，间排距为2.0×3.0m。2108巷采用综合机械化掘进施工工艺，截至目前巷道已掘进840m。

2108回风顺槽顶板存在厚度为0.7m伪顶，主要以炭质泥岩为主，直接顶以砂质泥岩为主，平均厚度为5.4m，根据正令煤矿地测科提供资料显示，2108回风顺槽掘进至710m处揭露一条F11正断层，断层落差为1.3m，倾角为55°，巷道在过断层期间支护设计不变。受采动及构造应力影响，巷道过F11断层一个月后该处顶板出现破碎、局部下沉现象，随着时间推移，断层处顶板第三个月后下沉量达0.6m，不仅影响了巷道成型，而且严重威胁着巷道施工安全。对此正令煤矿通过技术研究决定采用锚索梁对断层处顶板下沉区进行维护。

2 锚索梁支护设计

2.1 施工工艺

（1）2108回风顺槽在顶板下沉区采用的锚索梁主要由11#工字钢梁及锚索组成，钢梁长度为3.8m，每根钢梁上焊制三个Ф25mm的圆孔，锚索采用Ф21.6mm，长度为8.3m预应力钢绞线。

（2）首先在巷道进向距顶板下沉区2.0m处采用MQT-130型气动锚索钻机、六棱中空钻杆以及28mm八字形钻头联合施工钻孔，钻孔深度为8.0m。每排施工3个钻孔，钻孔间距为1.6m，如图1所示。

（3）钻孔施工完后在每个钻孔内分别填装树脂锚固剂及锚索，每个钻孔填装3支锚固剂，2支型号为MSK23/60，1支型号为MSK23/60。锚索填装后采用锚索机对其进行锚固，锚固时间不得低于3min，锚索锚固后锚索外露长度控制在0.5m左右。

（4）当第一排锚索施工完后，在锚索下方安装工字钢梁，钢梁与巷道垂直布置，钢梁与锚索之间采用规格为0.3×0.3m钢托板及锁具进行固定，并采用MQ17-200/40型锚索张拉机具进行预紧，确保工字钢梁与顶板接触严实。

（5）当第一根锚索梁施工完后依次施工第二根、第三根锚索梁，锚索梁间距为1.0m，直至过顶板下沉区21.0m后停止施工。

（6）当巷道下沉区顶板出现局部破碎、冒落钢梁与顶板接触不严实时，在相邻两根钢梁之间架设水泥背板或半圆木等，确保锚索梁支护有效。

图1 2108巷顶板下沉区锚索梁支护断面、平面示意图

2.2 安全施工技术措施

（1）在施工前必须确定下沉区影响范围，合理选择锚索长度、钢梁长度以及锚索梁施工的起始位置。

（2）若巷道过高人工上锚索梁时必须搭设工作盘，工作盘采用直径不低于300mm圆木搭设，搭设高度以便于施工为宜。

（3）在顶板下沉区施工钻孔时，必须对钻杆穿过的煤层、岩层厚度进行观察记录，并确保钻孔终孔位置位于坚硬岩石层内。

（4）在进行锚索锚固时钻机转动匀速且严禁中间停顿，锚索锚固时间不得低于3min，锚固1h后必须进行拉拔力实验，确保锚固牢固后方可安装钢梁。

（5）顶板下沉区锚索梁施工完后，必须确保每一根钢梁与顶板接触严实，定期对钢梁变形情况进行观察记录，若钢梁变形特变严重时必须及时采取支护措施。

（6）锚索梁支护施工完后，在顶板下沉区安装顶板离层仪，安排专人对顶板下沉、离层情况进行观察，并及时对锚索梁支护效果进行分析。

3 应用效果分析

（1）与传统下沉破碎顶板支护工艺相比，如架设钢棚、注浆等，锚索梁支护具有成本费用低、工艺简单、施工速度快等优点；实践证明，每架锚索梁成本费用为320元，2108回风顺槽顶板下沉区施工9架锚索梁，共计成本费用为2880元，同时2108回风顺槽施工锚索梁支护时，只需3名施工人员即可，施工9架锚索梁仅需7h，与架棚相比缩短了施工时间，共需劳动成本费用为1000元，而采用架设工字钢棚或注浆支护，需成本费用达5万余元，由此可见锚索梁支护有效降低了材料成本及劳动成本费用。

（2）2108回风顺槽下沉区锚索梁采用长度为8.3m锚索，锚索锚固在顶板坚硬岩石层内，锚索梁将整个下沉离层区进行悬吊，有效防止了下沉区影响范围扩大，2108回风顺槽施工完锚索梁后，通过三个月对该区域进行观察发现，锚索梁未出现严重变形情况，顶板最大下沉量为0.15m，有效阻止了顶板继续下沉。目前锚索梁支护已在本矿及集团公司其他煤矿类似巷道顶板下沉破碎区推广应用。

4 结语

山西汾西正令煤业有限责任公司对2108回风顺槽顶板下沉区进行分析研究，决定采用锚索梁对下沉区顶板进行支护，实践证明锚索梁支护不仅降低了支护成本费用，而且提高了支护效果，在后期观测发现，锚索梁支护有效防止了顶板进一步下沉，取得了显著经济、安全效益。