8803 轨道顺槽二合顶支护技术研究

姜 华 吕高磊

（1.山东新查庄矿业有限责任公司，山东 肥城 271612；2.山东科技大学，山东 青岛 266000）

1 概况

查庄煤矿八层煤厚1.50～2.5 m，均厚2.1 m，煤层上部含褐黑色炭质细砂岩夹石，厚度0～0.60 m，均厚0.3 m，属于结构复杂、厚度稳定的中厚煤层。该煤层直接顶板为第四层石灰岩，厚度4.13～5.63 m，均厚约5.2 m，含薄层状泥质粉砂岩，裂隙较为发育。八层煤直接顶板与煤层之间分布着一层厚0～1.0 m石灰岩“二合顶”，与直接顶离层明显，两者之间夹有1～5 cm 煤线，在开始揭露及回柱过程中极易脱落，必须采取针对性的技术措施[1-5]。

2 基于悬吊理论的参数计算

巷道开挖后，围岩原有的三向应力平衡状态被打破，直接顶板弯曲下沉，容易发生冒顶事故。悬吊理论就是通过锚杆等支护措施，将破碎、松动的岩层悬吊到深部稳定岩层。以二合顶厚度0.5 m 为例，计算支护参数如下：

（1）锚杆长度计算

式中：L为锚杆长度，m；H为二合顶厚度，0.5 m；K为安全系数，取K=1.5；L1为锚杆锚入稳定岩层的深度，取0.6 m；L2为锚杆在巷道中的外露长度，一般取0.15 m。则L=1.5 m，采用规格为Φ18 mm×L1600 mm 的螺纹锚杆符合支护要求。

（2）锚杆间距、排距计算

式中：a为锚杆间排距，m；Q为锚杆设计锚固力，每根64 kN；H为二合顶高度，m；R为被悬吊岩层的重力密度，取24.99 kN/m3；K为安全系数，取K=1.5。

根据以上计算，支护方案的间排距设为1200 mm×1500 mm，符合支护要求。

3 二合顶支护方案

3.1 临时支护方案

工作面一旦揭露二合顶，应先进行临时支护，保证安全后再顺着裂隙、层理确定二合顶范围，不得硬刨强挖。临时支护采用3 根前探支架临时护顶。前探支架采用15 kg/m 钢轨作挑梁，长度不少于4.0 m，相邻两根前探梁间距1.2 m（±100 mm）。前探支架采用40T 型刮板输送机链条、联接环和螺丝联接，用木楔加紧，吊挂前探支架的棚子必须背顶帮牢固，撑木齐全有效，每根前探梁固定点不少于3 个。梁以上采用8 根木棒接顶，并用木楔打牢，控制前探部分顶板。木棒规格为长×宽×厚=1200 mm×60 mm×40 mm。

3.2 永久支护方案

根据揭露二合顶的厚度，采取不同的处理方式：如遇厚度小于0.5 m 的二合顶时，进行强制放顶；如无法进行放顶时或二合顶厚度大于0.5 m，则采取必要的永久支护，保证顶板稳定以及巷道的正常使用。支护设计图如图1。

图1 支护设计图（mm）

（1）当顶板揭露二合顶，且二合顶裂隙不明显，边缘部分无风化、不破碎，便于锚杆、锚索支护时，采取以下支护方式：二合顶厚度小于0.5 m 时，在其预留茬处打锚杆支护，Φ18 mm×L1600 mm螺纹钢锚杆，每排4 根，间排距为1200 mm×1500 mm，木托盘规格为300 mm×180 mm×40 mm；如果二合顶大于0.5 m，采用Φ18 mm×L1800 mm 螺纹钢锚杆进行支护，每排布置4 根，间排距为1000 mm×1200 mm。锚杆根据现场实际情况适当加长，以确保锚杆锚入稳定岩层的长度不小于0.6 m。每根锚杆用2 块树脂锚固剂锚固，预紧力矩为200 N·m，锚固力为64 kN（17.9 MPa）。

（2）当揭露二合顶情况较为复杂，二合顶边缘风化且破碎，不利于维护时，采用架棚支护。棚子采用矿用11#工字钢成品梯形棚，规格为棚腿×棚顶×棚腿=2.5 m×3.4 m×2.5 m，棚距0.8 m，背顶棒8 根，背帮棒每侧2 根，撑棒每侧2 根。

4 支护效果监测

4.1 二合顶离层情况监测

通过安装围岩移动传感器，监测二合顶范围内顶板离层情况，监测数据如图2。

图2 不同厚度二合顶离层曲线

4.2 支护结构受力情况监测

采用锚杆应力传感器监测锚杆受力情况，确定锚杆是否正常工作，判断是否需要增强支护措施，监测结果如图3。

图3 不同锚杆监测点受力变化曲线

4.3 监测结果分析

通过分析监测数据发现：在采取设计的支护措施后，顶板变形量控制在设计范围之内，顶板保持稳定，支护结构受力正常，支护方案有效地控制了围岩变形。

5 结论

（1）采用前探支架临时支护的方案，在二合顶初次揭露时及时控制顶板离层，为打设永久支护提供条件。

（2）永久支护采用Φ18 mm×L1600 mm 锚杆，间排距1200 mm×1500 mm，根据二合顶厚度适当调整锚杆长度及间排距，确保锚杆锚入稳定岩层的深度不小于0.6 m。

（3）实时监测证明，支护方案有效控制了顶板变形，保障了安全生产，提高了经济效益。