锚索钢梁在沿空架棚巷道回采超前支护中的应用[1].doc

锚索钢梁在沿空架棚巷道回采超前支护中的应用
魏兴乐
淮南矿业集团张集煤矿
摘要本文以张集煤矿1112（3）孤岛工作为例，介绍了在沿空架棚巷道下回采时超前支护中使用锚索钢梁组合支护的施工工艺及应用效果，为沿空架棚巷道超前支护及简化回采作业工序创造了良好条件，取得良好的支护效果及经济效益。
关键词沿空巷道U型棚支护超前支护锚索钢梁支护
沿空架棚巷道，在回采过程中，受沿空及回采压力双层矿压叠加影响，尤其是在顶板破碎区或地质异常区内，矿压显现强烈，巷道底臌量大，顶板下沉及巷道内挤严重，使用传统的改棚、替棚超前顶板管理工艺，不仅消耗大量的人、财、物，而且难于保证足够的作业空间，严重制约了工作面的安全高效回采。为此，我们将锚索钢梁支护技术引进到架棚巷道的超前顶板管理中加以应用，实施了锚索钢梁锁棚梁超前支护新工艺，取得了良好的支护效果及经济效益。目前，此技术在类似工作面被推广应用。
一、工程概况
1112(3)工作面位于东一13-1(1)采区，两巷主要采用U型棚支护。该面东邻1113（3）采空区（留设8米保护煤柱，回采结束约9年），南至东一13-1（1）采区主要系统大巷，西为1111（3）采空区（留设8米保护煤柱，回采结束约10年），北以采区边界断层F217为界。1112(3)工作面走向长1962.7m，倾斜长195m，总面积为382726.5m2，地面标高为+17.6～+25.8m，工作面标高为-506.5～-563.5m。
工作面顶、底板情况：1）老顶：粉细砂岩，厚度为6.61～19.4m,平均为10.83m。灰白色,致密、块状，硅质胶结，局部相变为砂质泥岩。2）直接顶：泥岩、砂质泥岩，厚度为2.35～4.9m，平均为3.58m。灰色、灰黑色，顶部有13-2煤，厚约0.3m，中间局部夹有1～2层薄煤线，含较多的植物茎叶化石碎片。3）直接底：泥岩,厚度为1.21～5.18m，平均为2.03m。灰色、灰～黑色。4）老底：砂质泥岩，厚度为5.84～13.7m，平均为8.7m。深灰色,局部为泥岩、中部夹有12煤，局部下端含煤线。
该面13-1煤层总体构造形态呈一宽缓的背斜，面内次一级的褶曲构造较发育，煤层的形态呈波状起伏，煤层的走向变化较大，煤岩层产状为：倾向40～180°，倾角2～8。根据周边采掘工程及三维地震资料分析，该面及附近范围共有断层15条，工作面内有3条三维地震解释断层。
二、沿空巷道超前支护技术难点分析及技术对策
沿空巷道在受回采动压影响前，围岩应力主要受控于采场侧向支承压力的分布，在顶板岩层沿倾向断裂前，沿空巷道处于顶板岩层的“掩护”之下，巷道及其煤柱承受部分顶板压力。
架棚沿空巷道经历沿空掘巷后，围岩应力在煤柱—巷道支架—实体煤帮支撑结构体下重新分布并实现平衡，巷道压力和变形处于相对稳定的状态。
随着工作面的回采，当沿空巷道进入回采动压影响范围时，原有平衡势必打破，根据类似工作面的回采经验，沿空巷道受回采动压影响距离为超前工作面切眼100米至150米左右，如何在动压影响下加强沿空巷道的超前支护，从而防止沿空巷道及其煤体上方的冒落带岩层的断裂，或减缓它的弯曲、下沉，使巷道始终处于悬伸岩梁的“掩护”之下，是从根本上控制沿空巷道的压力和剧烈变形的重要的技术途径
根据1112(3)工作面的地质条件和支护技术分析，超前支护中可以采取的技术对策如下：
1、保留原有U型棚支护，不改替棚。充分发挥原有金属架棚的支护作用，仅在端头液压支架支撑范围内，回撤两侧或单侧棚腿。
2、转移顶板压力，减缓煤帮承载。通过在架棚巷道两侧或者中间加打走向锚索，用工字钢将棚梁锁定形成组合支护，将顶板岩层的压力转移至巷道围岩深处，从而达到改善巷帮受力的目的。
三、锚索钢梁超前支护原理及可行性分析
锚索在支护密度较小时，主要起悬吊作用；当达到一定的密度时，起的作用和锚杆相同，对煤岩体起到挤压加固作用。对于破碎顶板，可视为粘结力很小的松散体，在锚索群、钢梁及U型棚共同作用下，锚固范围内的煤岩体形成具有一定承载能力，并适应围岩变形的锚固平衡拱。锚固平衡拱对巷道顶板起到有效的支撑作用。由于锚索的长度比锚杆大的多，所以其形成的锚固平衡拱比锚杆锚固平衡拱的承载力要大很多，完全能锚固到稳定的岩层中，有效控制巷道顶板离层、跨落。为充分发挥锚索的作用应及时调整施工工艺：1）应根据不同的地质条件选择不同的锚索长度。2）重点加强实体煤侧支护强度。
锚索钢梁组合超前支护可行性分析如下：
1、施工锚索的顶板条件可行性如下：由顶板情况可知：1、使用Φ22mm×6300mm锚索及工字钢锁U型棚棚梁支护情况下，锚索进入稳定岩层的长度：1）以直接顶最厚的情况4.9m算，去除锚索外露长度300mm（规定不超过300mm），即使用6300mm锚索，进入稳定岩层的长度为：6300-4900