梨樹煤礦一區(qū)現(xiàn)已開采13#層，開采水平已經(jīng)達(dá)到-400m其地面標(biāo)高在+400垂深達(dá)800多米。由于開采深度較大，加之13#煤層之上為兩米多厚的復(fù)合型頂板，又由于梨樹煤礦一區(qū)早年已將15#、14#煤層開采完畢。14#、15#煤層采后頂板下沉，受此影響13#煤附近圍巖變形大，穩(wěn)定性差，掘進(jìn)后經(jīng)常遭到破壞，需經(jīng)常進(jìn)行維修。嚴(yán)重影響礦井的安全生產(chǎn)。特別是大斷面交叉點(diǎn)附近，巷道的變形非常明顯。梨樹煤礦一區(qū)，-400m13#層軌道上車場(chǎng)交叉點(diǎn)施工過(guò)程中，采用超前預(yù)應(yīng)力錨索及錨桿進(jìn)行支護(hù)取得了顯著的效果。
一、巷道狀況概述及問題提出：
-400m13#軌道上車場(chǎng)交叉點(diǎn)位于-400水平運(yùn)輸石門末端。此石門串過(guò)15#、14#兩個(gè)煤層，最后揭露13#煤層。15#煤層厚1.5m，14#煤層厚1.0m，13#煤層厚0.8m，15#煤層已開采35年，14#煤層開采20年，15#層至14#層間距45m，14#層至13#層間距18m。設(shè)計(jì)位置處于13#煤層軌道巷與13#層石門揭煤附近，底板為砂頁(yè)巖，頂部有1.5m厚煤巖互層的復(fù)合頂，其上為砂巖。交叉點(diǎn)設(shè)計(jì)最大跨度7.8m。
2006年6月施工-380m車場(chǎng)時(shí)(這是揭露13#煤層的第一個(gè)車場(chǎng)，交叉點(diǎn)跨度5.6m)，巷道頂?shù)装逵忻黠@相對(duì)移近。施工兩個(gè)月待投入使用時(shí)，發(fā)現(xiàn)此車場(chǎng)由于頂?shù)装寮跋锏纼蓭鸵平慷挤浅４?，以至于不能使用。最后只得?duì)巷道進(jìn)行刷幫，重新打錨桿加u型鋼棚子支護(hù)，影響生產(chǎn)近一個(gè)月。鑒于以上教訓(xùn)，考慮到在施工-400m車場(chǎng)及交叉點(diǎn)時(shí)將有一定的困難，如果施工中支護(hù)不當(dāng)，很可能會(huì)造成冒頂事故，施工后也會(huì)有較大的變形破壞，且該車場(chǎng)交岔點(diǎn)是該采區(qū)的主要通道，巷道服務(wù)年限長(zhǎng)，因此施工中采取怎樣的支護(hù)方式是必須要解決的首要問題。
二、解決問題的思路與理論依據(jù)
傳統(tǒng)的錨噴支護(hù)已不適應(yīng)高應(yīng)力、大變形的巖石巷道。如果采用砌碹支護(hù)，則工序復(fù)雜、成本高，且碹體變形量小，與圍巖的變形規(guī)律和支護(hù)要求相矛盾，采用可縮性剛性金屬支架支護(hù)，就要增加巷道施工跨度與高度，巷道圍巖變形更大，支架受力不均，出現(xiàn)變形破壞。那么究竟采取什么樣的支護(hù)方式為最佳？超前預(yù)應(yīng)力錨索、錨桿對(duì)于已受采動(dòng)影響或復(fù)合型頂板在還沒有受到爆破沖擊及空氣干預(yù)情況下，首先對(duì)巷道圍巖施加了一個(gè)擠壓力(也可稱作復(fù)原力)，使圍巖的力學(xué)性能得到了改善，也就是說(shuō)對(duì)巷道圍巖提前進(jìn)行了加固。這種預(yù)設(shè)錨索、錨桿提前進(jìn)行干預(yù)主體支護(hù)，起到了懸吊、擠壓、楔固組合拱梁等作用。防止圍巖松動(dòng)范圍進(jìn)一步擴(kuò)展。從而使巷道徑向應(yīng)力減小到僅用較小的支護(hù)阻力就能使圍巖長(zhǎng)期處于穩(wěn)定狀態(tài)。因此，超前預(yù)應(yīng)力錨索支護(hù)采用工作面超前打錨索與噴漿相結(jié)合的雙重作用能達(dá)到加固復(fù)合型圍巖、控制圍巖變形范圍。提高巷道的支護(hù)效果和圍巖的穩(wěn)定性。
三、支護(hù)參數(shù)的確定
該車場(chǎng)交叉點(diǎn)為低心拱頂，兩幫直墻，根據(jù)數(shù)值模擬分析，結(jié)合以往的支護(hù)經(jīng)驗(yàn)，確定采用直徑為Φ18mm，長(zhǎng)6.0m的錨索、直徑為Φ18mm，長(zhǎng)2.0m的髙強(qiáng)左螺紋鋼錨桿、配合蝶形托盤及金屬網(wǎng)、鋼帶進(jìn)行支護(hù)。超前預(yù)應(yīng)力錨索及錨桿排、間距3.0m×1.5m，錨索三排、錨桿四排布置；其他錨桿排、間距1.0m×0。75m(即每前進(jìn)1.0m)，與超前預(yù)應(yīng)力錨索及錨桿交錯(cuò)式布置。
四、施工工藝與技術(shù)要求
當(dāng)工作面上半部及墻以上周邊眼爆破后，及時(shí)地先將暴露出來(lái)的頂板進(jìn)行噴漿，縮短空氣與圍巖接觸的時(shí)間，初噴厚度為30mm～50mm找平巷道表面，噴漿使用的水泥不低于425#硅酸鹽水泥、河沙及5mm大小的石子。水泥、河沙、石子的比例為1：2：2.2。拌料時(shí)摻入J85型速凝劑，其用量為水泥重量的3%～4%，水的比例約為灰料的40%～45%。初噴成型后，再進(jìn)行錨網(wǎng)配用鋼帶及打超前預(yù)應(yīng)力錨索及錨桿工作。超前預(yù)應(yīng)力錨索及錨桿的布置方式為緊靠工作面迎頭頂板，且與頂板成70°角，其中四根超前預(yù)應(yīng)力錨桿是布置在三排錨索的兩個(gè)空當(dāng)及兩墻與拱的交角處的橫向線上，所有錨桿角度都與工作面迎頭頂板成70°布置。
要求：支護(hù)時(shí)靠近初噴表面使用的金屬網(wǎng)必須貼實(shí)噴層，加鋼帶后再用托盤壓緊壓實(shí)。工作面錨網(wǎng)完畢立即進(jìn)行復(fù)噴，其噴厚網(wǎng)外不小于40mm，噴漿過(guò)后不得有外露的金屬網(wǎng)、鋼帶、錨桿及托盤。
五、礦壓觀測(cè)與支護(hù)效果分析
為了觀測(cè)超前預(yù)應(yīng)力錨索及錨桿配合錨噴支護(hù)在巷道掘進(jìn)期、圍巖膨脹期、支后穩(wěn)定期三個(gè)過(guò)程中的圍巖活動(dòng)規(guī)律，考察超前預(yù)應(yīng)力錨索及錨桿支護(hù)的效果，在施工過(guò)程中設(shè)置觀測(cè)站，將使用超前預(yù)應(yīng)力錨索及錨桿的巷道和未使用超前預(yù)應(yīng)力錨索及錨桿的巷道進(jìn)行對(duì)比分析，結(jié)果如下：
1.未進(jìn)行超前預(yù)應(yīng)力錨索及錨桿支護(hù)的巷道，施工24h后巷道兩幫移近平均速度為0.5mm∕h，頂板移近平均速度為1.0mm∕h，并保持續(xù)變化，對(duì)巷道造成嚴(yán)重破壞。
2.采取了超前預(yù)應(yīng)力錨索及錨桿支護(hù)的巷道，施工過(guò)72h后巷道兩幫及頂板移近速度很小，幾乎為0。圍巖的變形得到有效的控制。
六、經(jīng)濟(jì)效益分析
采取了超前預(yù)應(yīng)力錨索及錨桿支護(hù)技術(shù)，大大地提高了掘進(jìn)過(guò)程中的安全系數(shù)，從而也加快了巷道施工速度，同時(shí)避免了巷道施工后擴(kuò)巷及維修等工序。減少了維護(hù)材料及人力等費(fèi)用14.5萬(wàn)元。
七、結(jié)束語(yǔ)
1.在受采動(dòng)影響的煤(巖)層中施工巷道時(shí)，采用超前預(yù)應(yīng)力錨索及錨桿配合錨網(wǎng)噴漿支護(hù)，可有效地控制圍巖變形，保障施工安全。該項(xiàng)技術(shù)對(duì)于控制復(fù)合型頂板及因受采動(dòng)影響的大跨度交叉點(diǎn)變形具有施工工藝簡(jiǎn)單，操作方便、安全，成本低廉等優(yōu)點(diǎn)。
2.2007年12月，采用超前預(yù)應(yīng)力錨索及錨桿支護(hù)技術(shù)施工的-400m車場(chǎng)及交叉點(diǎn)，已有23個(gè)月，巷道狀況良好，現(xiàn)還正在使用中。
綜上所述：超前預(yù)應(yīng)力錨索及錨桿技術(shù)適應(yīng)于復(fù)合型巖性、受采動(dòng)影響的煤(巖)層中以及巷道交叉點(diǎn)的施工，有很強(qiáng)的可操作性。
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