煤巷掘進(jìn)破碎頂板技術(shù)管理分析

劉 偉

（潞安集團(tuán) 李村礦，山西 長治 046604）

1 概述

潞安集團(tuán)李村礦1305進(jìn)風(fēng)巷，位于一采區(qū)膠帶下山+277.7 m位置，北部為1307工作面，西面為一采區(qū)2#回風(fēng)下山，南面為1303工作面。

1305進(jìn)風(fēng)巷，巷道設(shè)計(jì)長度為1060 m，巷道斷面規(guī)格為寬×高=5.2 m×4.2 m，施工巷道沿3#石炭系煤層頂?shù)装迤叫芯蜻M(jìn)，巷道存在偽頂，平均厚度為0.58 m，主要以炭質(zhì)泥巖為主，直接頂平均厚度為1.5 m，主要以砂質(zhì)泥巖為主，基本頂平均厚度為6.6m，主要以粉砂巖為主，如表1所示。巷道采用綜合機(jī)械化掘進(jìn)施工工藝，截至目前巷道已掘進(jìn)674 m。

表1 1305回風(fēng)巷頂、底板巖性特征

根據(jù)地質(zhì)資料，1305進(jìn)風(fēng)巷掘進(jìn)至670m處揭露DF6正斷層，斷層落差為H=1.7 m，傾角為52°，受構(gòu)造應(yīng)力和采動(dòng)影響，巷道過斷層期間頂板出現(xiàn)破碎、下沉、局部冒頂現(xiàn)象。

2 巷道原支護(hù)設(shè)計(jì)及存在的問題

2.1 原支護(hù)設(shè)計(jì)

（1）頂板支護(hù)設(shè)計(jì)：頂板采用錨桿、錨索、W型鋼帶、金屬網(wǎng)進(jìn)行聯(lián)合支護(hù)，頂板每排施工6根長度為2.5m，直徑為22 mm左旋無縱筋螺紋鋼錨桿，錨桿間距為1.0m，排距為1.0 m；頂板鋼帶規(guī)格為長×寬=5.0 m×0.25 m，鋼帶與錨桿配套使用；頂板錨索采用長度為5.3m，直徑為17.8 mm預(yù)應(yīng)力鋼絞線，每排施工3根錨索，錨索間距為1.8 m，排距為3.0 m，錨索與頂板之間采用規(guī)格為長×寬=0.3 m×0.3m鋼托板進(jìn)行預(yù)緊。

（2）巷幫支護(hù)設(shè)計(jì)：巷幫采用錨桿、小鋼帶及金屬網(wǎng)聯(lián)合支護(hù)，共計(jì)施工四排護(hù)幫，間排距為1.0 m，錨桿采用長度為2.0m，直徑為22 mm左旋無縱筋螺紋鋼錨桿，小鋼帶規(guī)格為長×寬=0.45 m×0.25 m。

2.2 存在的問題

（1）由于3#煤層為石炭系煤層，發(fā)育不穩(wěn)定，受DF6正斷層影響，巷道掘進(jìn)至650m處巷道頂板出現(xiàn)局部破碎現(xiàn)象，且向頂板深部延伸，最大破碎深度達(dá)3.0m，采用長度為2.5 m錨桿支護(hù)時(shí)，錨固效果差，起不到預(yù)期支護(hù)效果。

（2）頂板破碎后巖體膠結(jié)穩(wěn)定性及承載能力大大降低，通過第破碎巖體進(jìn)行單向抗壓實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，破碎巖石單向抗壓強(qiáng)度僅為10.9 MPa，而頂板采用寬度為0.25 m“W”鋼帶進(jìn)行維護(hù)無法起到巷道縱向頂板保護(hù)作用，通過現(xiàn)場觀察發(fā)現(xiàn)，隨著巷道開拓延伸，相鄰連根鋼帶之間破碎頂板出現(xiàn)下沉現(xiàn)象，當(dāng)巷道掘進(jìn)674 m處，破碎頂板最大下沉量達(dá)0.44 m，且受巖體下沉作用，部分鋼帶支護(hù)出現(xiàn)失效現(xiàn)象。

（3）1305進(jìn)風(fēng)巷采用綜掘工藝，巷道掘進(jìn)期間頂板最大空頂距達(dá)3.0 m，每個(gè)循環(huán)巷道掘進(jìn)空頂?shù)钠骄鶗r(shí)間為2.5 h，在此期間頂板在構(gòu)造應(yīng)力及上覆巖層重力作用下，頂板出現(xiàn)局部冒頂現(xiàn)象，不僅降低了巷道掘進(jìn)效率（2.5 m/d），而且嚴(yán)重威脅著巷道掘進(jìn)施工安全。

3 強(qiáng)化安全技術(shù)管理

為確保1305進(jìn)風(fēng)巷安全過斷層破碎區(qū)域，提高巷道掘進(jìn)效率，決定對破碎頂板采取注漿+超前錨桿支護(hù)+加寬多筋梯子梁等聯(lián)合安全管理措施。

3.1 注漿支護(hù)

注漿支護(hù)目的主要是提高破碎頂板膠結(jié)穩(wěn)定性，保證頂板具有一定的承載能力，從而確保頂板支護(hù)合理有效。

（1）在施工巷道650 m處頂板開始施工注漿鉆孔，鉆孔與頂板成30°夾角布置，每排布置四個(gè)鉆孔，鉆孔間距為1.0m，鉆孔直徑為45 mm，深度為6m，其中兩幫鉆孔與巷幫成60°夾角布置。

（2）第一排注漿鉆孔施工完后，采用高壓注漿泵由中間鉆孔向兩幫鉆孔依次高壓注射馬麗散漿液，注漿壓力不得低于2.0 MPa，確保注漿液能夠完全擠入頂板巖體裂隙內(nèi)，注漿期間發(fā)現(xiàn)鄰孔有漿液滲透時(shí)立即停止注漿，并采用膨脹水泥對鉆孔進(jìn)行封孔，封孔長度為0.3 m。

（3）當(dāng)?shù)谝慌抛{孔注漿3 h后，施工第二排注漿孔，相鄰兩排注漿孔孔口間距為5.0 m，見圖1。

圖1 1305進(jìn)風(fēng)巷破碎頂板注漿支護(hù)斷面及剖面

3.2 超前錨桿支護(hù)

為了防止巷道掘進(jìn)后因頂板支護(hù)不及時(shí)發(fā)生冒頂事故，決定在巷道設(shè)計(jì)頂板位置施工一排超前錨桿支護(hù)，提前對頂板進(jìn)行支護(hù)，減小構(gòu)造應(yīng)力及回采應(yīng)力對頂板作用。

（1）首先在施工巷道設(shè)計(jì)頂板位置施工一排超前支護(hù)鉆孔，鉆孔垂直煤壁布置，每排布置10個(gè)鉆孔，鉆孔深度為4m，鉆孔直徑為30 mm。

（2）超前支護(hù)鉆孔施工完后向鉆孔內(nèi)依次填裝錨固劑及超前支護(hù)體，每個(gè)鉆孔填裝三支錨固劑分別為一支MSKC23/35型，兩支MSKC23/60型；超前支護(hù)體采用長度為4mm，直徑為25 mm加長預(yù)應(yīng)力螺紋鋼錨桿。

（3）錨固劑及超前支護(hù)錨桿填裝后采用手持式鉆機(jī)進(jìn)行錨固，錨固后桿體承受拉拔力不得低于120 kN。

（4）當(dāng)?shù)谝慌懦板^桿支護(hù)施工完，且巷道掘進(jìn)3 m后施工第二排超前錨桿支護(hù)，相鄰兩排錨桿支護(hù)交錯(cuò)疊加1.0 m，依次類推直至喊道完全過斷層破碎帶。

3.3 加寬多筋梯子梁支護(hù)

加寬多筋梯子梁支護(hù)可有效對破碎帶頂板起到區(qū)域主動(dòng)支護(hù)作用，提高破碎巖體整體耦合作用，從而防止破碎頂板發(fā)生冒頂事故。

（1）1305進(jìn)風(fēng)巷破碎頂板采用的加寬多筋梯子梁長度為3.0m，寬度為0.5 m，每組雙筋梯子梁由6根長度3.0m，直徑為30mm的圓鋼、4根長度為0.5 m的夾板、3根規(guī)格為長×寬=0.5m×0.28 mm的“JW”鋼帶、以及圓鋼托架、預(yù)應(yīng)力錨索等部分組成。

（2）首先將雙筋梯子梁平行布置在巷道頂板上，采用“JW”型鋼帶及高預(yù)應(yīng)力錨索將其與頂板固定，每排施工三組，間距為1.0 m，為了提高多筋梯子梁間聯(lián)鎖保護(hù)作用，在相鄰兩組多筋梯子梁之間安裝兩根長度為1.2m圓鋼托架，見圖2。

圖2 1305進(jìn)風(fēng)巷破碎頂板多筋梯子梁支護(hù)平面

4 應(yīng)用效果分析

1）1305進(jìn)風(fēng)巷破碎頂板采用注漿支護(hù)后有效提高了頂板破碎巖體膠結(jié)穩(wěn)定性及承載能力，通過對注漿后巖體單向抗壓實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，注漿后巖體單向抗壓強(qiáng)度提高至64.6 MPa，保證了頂板錨桿支護(hù)效果。

2）1305進(jìn)風(fēng)巷安裝加寬多筋梯子梁后，解決了頂板鋼帶支護(hù)面積小，支護(hù)效果差等技術(shù)難題，防止了頂板出現(xiàn)下沉、破碎現(xiàn)象，該支護(hù)施工后通過對破碎頂板觀察發(fā)現(xiàn)，頂板最大下沉量為0.12 m（塑性變性階段），后期趨于穩(wěn)定，頂板未發(fā)生大面積下沉、冒落現(xiàn)象。

3）施工巷道掘進(jìn)期間對設(shè)計(jì)頂板位置施工加強(qiáng)超前錨桿支護(hù)，有效防止了巷道掘進(jìn)時(shí)因支護(hù)不及時(shí)、頂板壓力大而發(fā)生冒頂事故，1305進(jìn)風(fēng)巷通過頂板破碎區(qū)施工超前錨桿支護(hù)后，有效控制了頂板破碎、局部冒頂現(xiàn)象，保證了巷道掘進(jìn)效率，日掘進(jìn)量達(dá)7.5 m。

5 結(jié)語

通過技術(shù)實(shí)踐，對1305進(jìn)風(fēng)巷破碎頂板采取“注漿支護(hù)+超前錨桿支護(hù)+加寬多筋梯子梁支護(hù)”等聯(lián)合安全管理措施。實(shí)踐表明，采取聯(lián)合措施后，防止了頂板破碎面積進(jìn)一步擴(kuò)大，提高了破碎頂板穩(wěn)定性及巷道掘進(jìn)效率，避免了因頂板破碎發(fā)生冒頂事故，取得了顯著成效。