让压恒阻锚索支护在巷道破碎顶板中的应用

赵慧龙

（阳泉煤业集团长沟煤矿有限责任公司，山西 晋中 030600）

巷道掘进过程中受原岩应力、构造应力等多重压力作用下，巷道围岩出现变形、破碎、收缩等现象，特别是软岩顶板在应力作用下，降低了岩体自身承载作用，岩体出现裂隙，顶板出现下沉、破碎现象。传统主要采用锚杆对围岩进行锚固，锚杆支护后在岩体内形成组合拱或梁，增强围岩稳定性。但是对于结构不稳定、裂隙发育充分的围岩，锚杆在支护中往往支护强度不足、锚固效果差等，导致锚杆支护后未改善不稳定顶板破碎现象。本文以长沟煤矿15121 进风巷为例，对破碎顶板的巷道掘进采取让压恒阻锚索支护，提高巷道顶板的稳定性。

1 概述

阳泉煤业集团长沟煤矿有限责任公司15121 进风巷位于井田一盘区，巷道东部紧邻F9 正断层（产状：292°∠50°，H=60.0 m）和15119 工作面（回采），南部为和顺县正邦良顺煤业有限公司（矿界），西部紧邻15123 工作面（已采），北部为南回风大巷。15121 进风巷主要担负着15121 工作面进风任务，巷道设计长度为750 m，设计断面规格为宽×高=4.8×4.0 m，施工巷道沿15#煤层顶板掘进，15#煤层平均厚度为4.87 m。

15121 进风巷的煤层直接顶主要以泥岩、砂岩及煤混合岩层为主，总厚度为2.3 m,其中煤层厚度为0.5 m（不可采），岩体互层胶结；基本顶主要以粗砂岩、K4 灰岩为主，总厚度为11.4 m。

截 至2019 年8 月11 日15121 进 风 巷 已 掘 进469 m，预计巷道掘进至475 m 处揭露一条F3 正断层，断层落差为1.3 m，倾角为56°。受断层影响，巷道掘进至460 m 处时顶板出现破碎现象，巷道掘进至465 m 处时局部顶板支护出现失效现象，原顶板锚杆支护无法满足破碎顶板支护需求。

2 破碎顶板支护技术难题

通过对破碎顶板观察发现，巷道在掘进时顶板出现破碎现象，但未出现离层、下沉。当巷道掘进后0～3 d 范围内，破碎顶板开始下沉、变形，下沉时中部顶板下沉量最大，位于两帮处顶板呈渐进式下沉。伴随着顶板下沉，顶板岩体破碎现象加剧，顶板岩体形成围岩松动圈，且随着时间推移松动圈范围不断向岩体内部扩大。锚杆在松动圈内进行支护时支护效果相对较差，支护难度大，主要表现在以下几方面：

（1）锚杆锚固效果差。随着顶板岩体破碎范围不断扩大，当围岩松动圈范围扩大至锚杆锚固端时，锚固端岩体出现破碎，造成锚杆锚固剂在破碎围岩中粘接效果差，导致锚杆锚固力达不到设计要求，锚杆失效现象严重。

（2）让压效果差。通过现场观察发现，巷道中部顶板下沉最严重，最大下沉量为0.44 m。当顶板出现下沉时，顶板对锚杆拉拔作用力加强，而传统锚杆钢性强，让压效果差，无法适应顶板大变形，导致锚杆外露端安装的钢带出现变形、折断现象，与顶板接触面积不到60%，降低了支护强度。

（3）锚杆抗应力强度低。传统顶板采用的是长度为2.5 m、直径为22 mm左旋无纵筋螺纹钢锚杆，锚杆抗拉强度为360 MPa，延伸率不足3%，在大变形破碎顶板中锚杆抗应力强度较低，导致锚杆剪切破坏严重，出现断裂现象。

3 让压恒阻锚索支护应用

3.1 支护工艺

为了解决锚杆在破碎顶板支护中出现的技术难题，决定采用让压恒阻锚索支护对F3 断层附近进行支护。

（1）15121 进风巷破碎顶板采用的让压恒阻锚索支护主要由恒阻锚索、让压机构、支护托梁等部分组成。其中恒阻锚索长度为6.0 m，锚索直径为21.6 mm；让压机构长度为0.3 m，让压范围为0～0.25 m，承载能力为850 MPa；支护托梁长度为3.0 m，宽度为0.5 m，由厚度为5 mm钢板制成，托梁上均匀焊制三个直径为30 mm 圆孔，孔间距为1.2 m。

（2）15121 进风巷从470 m 处时对顶板施工让压恒阻锚索，采用MT-130 型锚索钻机在巷道中部施工3 个锚索钻孔，钻孔深度为5.8 m。钻孔施工后对钻孔内锚注三根恒阻锚索，采用端头锚固方式，锚固长度为1.5 m。

（3）恒阻锚索安装后，左右两根锚索外露端分别安装一根“JW”型钢带，然后依次安装托梁、让压机构、钢方垫以及锁具，采用打压千斤顶对其进行预紧，预紧力不得低于170 kN。

（4）JW 型钢带长度为1.2 m，宽度为0.28 m，钢带上焊制两个支护圆孔，孔间距为1.0 m，在钢带另一端采用长度为2.5 m左旋无纵筋螺纹钢锚杆。如图1 所示。

（5）让压恒阻锚索支护施工排距为2.0 m，其他支护与原支护设计相同，顶板采用JW 型钢带配套5 根左旋无纵筋螺纹钢锚杆，取消原顶板单锚索支护。

图1 15121 进风巷断层破碎区让压恒阻锚索支护图

3.2 支护优点

（1）支护工艺简单。与传统架棚、注浆等工艺相比，让压恒阻锚索支护工艺相对简单。该支护可与巷道掘进同步施工，解决了传统架棚等支护时需滞后工作面施工，导致支护不及时、支护效果差等问题。

（2）实用性强。该支护受施工环境影响小，不仅可用于采掘工作面破碎顶板条件，而且还可用于隧道等岩体工程领域中，实用性强，适用区域广。

（3）支护效果好。让压恒阻锚索支护属于主动支护，与传统钢棚支护相比，该支护不仅可对破碎围岩进行高强度悬吊，而且当围岩发生下沉、离层等变形时，该支护可通过让压机构起到让压作用，降低了围岩应力对支护体剪切破坏作用，达到支护体对围岩耦合支护的目的，从而大大提高支护作用。

（4）支护成本费用低。15121 进风巷破碎顶板采用的让压恒阻锚索支护每组价格为320 元，而取消原巷道顶板单锚索支护，与架棚支护、注浆支护相比，巷道每米破碎顶板支护成本费用可降低480元，降低了巷道掘进支护成本费用。

4 结 语

2019 年8 月18 日15121 进风巷已完全通过了断层破碎区，破碎区长度为29 m，在破碎区顶板共

计施工15 组让压恒阻锚索。支护后在破碎区顶板安装了两台GUD500 型数显离层仪，间距为10 m。通过对破碎区顶板进行15 d 观察发现，支护后0～5 d范围内，破碎顶板变形较大，位于顶板中部最大下沉量为0.17 m；在5～8 d 范围内随着巷道延伸、应力释放以及让压恒阻锚索支护与围岩实现耦合作用，顶板下沉量降低；在第8 d 后顶板稳定，局部区域最大下沉量为0.19 m。采取让压恒阻锚索支护巷道过F3 断层期间，顶板局部出现破碎现象但未发生顶板冒落。该支护能够对破碎应力区顶板起到有效的支护作用，保证了巷道安全快速过断层破碎带。