超前探梁护顶技术的应用

刘兆伟，张京泉，张允源

(新汶矿业集团公司协庄煤矿，山东新泰271221)

    协庄煤矿部分煤层顶板为复合顶，巷道顶板一般是软硬岩层互层。因地质成因的关系，复合顶一般是由节理较发育的软岩构成，顶板松动圈较高，在这类顶板下掘进巷道，由于软岩、薄煤的强度低，弱面发育，极易发生顶板事故。巷道掘进时，顶板中的软岩和煤线出现自下而上的下沉和离层，使巷道掘进出现很多困难。

    1201E回风巷顶板为复合顶，施工时顶板支护困难，托煤₂顶板中煤线掘进，煤线走高后，巷道漂离煤₂，造成30余m巷道报废。为解决顶板支护问题，充分发挥锚杆支护自然平衡拱的自承能力，协庄矿在1202W运输巷进行了超前探梁的支护研究试验，取得良好效果。

1  锚固平衡拱支护原理

    锚杆支护作用是通过锚固层的整体支护作用或锚岩支承能力反映出来的。锚杆的悬吊作用只能在锚固体内部发生，锚杆对于整个锚固岩层及上方破坏岩石并没有悬吊作用。

    由于煤巷顶板条件与支护要求的特殊性，锚杆的作用改变了锚固岩层的力学性质及锚固岩层的支护结构，这种作用就是锚杆支护成拱的重要作用，复合顶板的锚杆支护应采用锚固平衡拱支护原理。

    锚杆在锚固区内形成整体性的支护结构，可以加固巷道的围岩；由于锚杆预紧力和锚杆工作阻力的作用，提高围岩的原岩凝聚力和内摩擦角，增加围岩的承载能力。

2  超前探梁在1202西运输巷的应用

    1202西运输巷位于-850水平一采上山区西翼，为二层首采面巷道，平均埋深906．8m。

    巷道部分地段顶板为复合顶，其结构为：煤₂顶板之上为O．6～1．2m砂质页岩，其上为O．6～O．8m煤，再上为O．8～1．2m砂质页岩，再向上方为较坚硬的砂质页岩。

    巷道支护设计为：顶板采用“W”钢带配10#铁丝网(规格为50×50)。Φ20×L2000mm全螺纹钢等强锚杆支护顶板，两帮采用(Φ20×L1800mm全螺纹钢等强锚杆配塑料网及钢筋梯子梁护帮。每隔3．0m在巷道中心线偏上帮0．2m处施工一根锚索。

    临时支护采用吊环式前探梁，前探梁采用长4．0m的9#工字钢，爆破前将吊环移至迎头1、3排锚杆上，前探至迎头，紧固探梁与吊环，探梁上方设置方木并用枇子接实顶板，爆破后及时将探梁前移至迎头，固定好探梁与吊环，在探梁上放置好钢带、铁丝网后，进行锚杆打眼安装工作。

    传统的前探梁临时支护是爆破后被动支护顶板，不能控制顶板的超前离层。

    为解决上述难题，在掘进迎头顶板沿巷道轴线方向向未开挖的煤岩体倾斜安设探梁以加固顶板，防止冒落。由于探梁穿过松软和破碎的岩层，可以增加围岩的抗拉和抗剪强度，将不连续的围岩加固成整体承载结构，防止超前离层的发生。   

    使用方法：在迎头爆破或综掘机割煤前，紧贴巷道顶板且平行于巷道顶板方向向前钻眼，眼中锲入超前探梁，超前探梁尾端用铁丝与巷道永久支护中顶板锚杆拴接固定。两根探梁间距1．2m。

    巷道进行永久支护时，以钢带托住超前探梁，使超前探梁与巷道锚带网永久支护合成一体。当超前探梁外露2．0m时，继续施工下一组超前探梁，第二组超前探梁与前一组超前探梁水平错开O．3m，交替接续。当顶板较为破碎时可多使用一到两根超前探梁。

    超前探梁采用长度2．4m，Φ30ram钢管、锚杆或废旧钎子．费用低，可起到修旧利废的作用。

3  应用效果

    通过采用超前探梁护顶，加之合理的锚杆锚索支护，1202西运输巷顶板得到了有效的控制，直接顶没有离层、掉落，确保了顶板的完整，加快了施工进度。   

3．1  表面位移观测

    1202W运输巷复合顶板段安设了4组表面位移，从表1观测数据可以看出巷道的顶板下沉得到有效控制。

表1 1202W运输巷表面位移数据

3．2顶板离层指示仪观测

    1202W运输巷复合顶板段共布置了3组顶板离层仪，1#、2#位置选在原支护设计段，3#位置选在支护设计改进后的地段，观测数据见表2。

表2顶板离层指示仪观测结果表

4  优点

    (1)将被动滞后支护改变为主动超前支护，增大了对顶板的控制力度。

    (2)爆破后，由于超前探梁紧贴煤层顶板，减少了顶板离层可能性。

    (3)在顶板与钢带之间形成一体金属支护网络，有效控制钢带之间顶板的离层，避免形成兜矸现象。

    (4)由于超前探梁支护的存在，爆破后，施工人员可以在安全的环境下实现前探梁临时支护的架设。

    (5)由于超前对顶板进行控制，减缓了超前压力的释放，减少了煤炮的发生，减少了两帮煤层的片帮，保证了安全。节约巷道维修费用，提高回采工作面单产，实现高产高效。

作者简介  刘兆伟，男，大学，高级工程师，现在新汶矿业集团协庄煤矿生产技术部工作，发表论文多篇。