掘進(jìn)巷道破碎頂板聯(lián)合支護(hù)措施研究

李藝偉

（山西煤炭進(jìn)出口集團(tuán)左云長春興煤業(yè)有限公司， 山西 左云 037100）

1 概述

山西煤炭進(jìn)出口集團(tuán)左云長春興煤業(yè)有限公司303運輸順槽，東部為礦井東盤區(qū)未開采區(qū)域，南部為礦井南部邊界，西部南盤區(qū)南延三條大巷，北部為22211回采工作面。

303運輸順槽設(shè)計長度為1 700 m，巷道斷面規(guī)格為寬×高=5.0 m×3.8 m，巷道掘進(jìn)煤層為22號煤層平均厚度為12.07 m，，煤層厚度結(jié)構(gòu)為距煤層底板1.15 m，有0.18 m夾矸，夾矸為炭質(zhì)泥巖。煤層之上為泥巖，厚度1.25 m，深灰色，巨厚層狀，含有豐富的植物化石，斷口平坦；根據(jù)22號煤層鉆探資料顯示，303運輸順槽無偽頂，直接頂主要以炭質(zhì)泥巖及煤混合巖層為主，平均厚度為3.8 m，其中煤層厚度為1.1 m；基本頂主要粉砂巖為主，平均厚度為9.3 m，巷道采用綜合機(jī)械化掘進(jìn)工藝，截至目前巷道已掘進(jìn)410 m。

2 巷道掘進(jìn)期間遇到技術(shù)難題

2.1 掘進(jìn)工作面遇特殊地質(zhì)構(gòu)造

根據(jù)礦地測科通過資料顯示，303運輸順槽掘進(jìn)至420 m、437 m、442 m各揭露一條正斷層F1、F2、F3，其中斷層最大落差為 1.3 m（F3）、最小落差為0.7 m，平均落差為0.9 m，平均傾角為50°，受斷層群影響，巷道掘進(jìn)效率低。

2.2 掘進(jìn)技術(shù)難題

1）頂板破碎嚴(yán)重、超前支護(hù)不及時。由于303運輸順槽槽采用掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn)，每循環(huán)掘進(jìn)進(jìn)度為1.5 m，受采用應(yīng)力、構(gòu)造應(yīng)力以及上覆巖層重力影響，巷道掘進(jìn)后頂板出現(xiàn)嚴(yán)重破碎現(xiàn)象，局部地段出現(xiàn)冒頂現(xiàn)象，威脅著巷道掘進(jìn)安全。

2）臨時支護(hù)不到位。由于施工人員安全意識薄弱，巷道掘進(jìn)后為對工作面頂板采取合理有效的臨時超期支護(hù)措施，而施工巷道直接頂為復(fù)合頂板，頂板承載能力低，巖石膠結(jié)穩(wěn)定性差，單軸抗壓強(qiáng)度K＜25 MPa，在無任何臨時超前支護(hù)下施工永久支護(hù)，會導(dǎo)致巷道頂板斷裂、垮落事故發(fā)生。

3）頂板動態(tài)觀察力度不足。303運輸順槽過斷層群破碎區(qū)域時，對頂板為采區(qū)有效的動態(tài)觀察，導(dǎo)致巷道405～410 m范圍內(nèi)頂板下沉量大，最大下沉量達(dá)0.45 m，且對頂板上覆巖層穩(wěn)定情況無法實時掌握，從而造成巷道加強(qiáng)支護(hù)不及時，應(yīng)力對巷道圍巖破壞范圍不斷擴(kuò)大。

3 303運輸順槽聯(lián)合支護(hù)措施研究

3.1 施工撞楔超前支護(hù)

303運輸順槽從410 m處在巷道設(shè)計頂板位置施工支護(hù)鉆孔，深度一般為3.5 m；然后將頂錨桿或者一寸鋼管打入工作面迎頭破碎的頂板中（簡稱為頂板撞楔超前支護(hù)）；超前支護(hù)在巷道頂板里呈均勻排間距排列分布，共計布置5根，間距為1.0 m，形成向前的一個超前支護(hù)區(qū)域（人工假頂），再在超前支護(hù)區(qū)域下方分別打好頂鋼帶錨桿及錨索支護(hù)；因而實現(xiàn)了有效的頂板安全控制措施，如下頁圖1所示。

3.2 安裝絲杠式超前支護(hù)

為了防止巷道施工支護(hù)時，發(fā)生頂板垮落事故，支護(hù)施工時對工作面頂板安裝絲杠式前探梁超前支護(hù)，絲杠式前探梁超前支護(hù)主要包括：絲杠、橫梁、縱梁、吊環(huán)等部分，如圖2所示，工作面在機(jī)組割完煤后，將機(jī)組退后3 m處關(guān)閉電源閉鎖，把絲杠式超前支護(hù)吊環(huán)固定在機(jī)掘工作面前三排鋼帶的錨桿（索）上，每根鋼帶上3個吊環(huán)，安裝后將橫梁穿入吊環(huán)內(nèi)，然后把第二、三組橫梁用同樣的方法安裝，將5根縱梁分別穿入三排橫梁之上，采用絲杠調(diào)節(jié)前探鋼梁與頂板緊密接觸，施工人員在臨時支護(hù)下打設(shè)永久支護(hù)。

圖1 303運輸順槽撞楔超前支護(hù)施工斷面、剖面示意圖（mm）

圖2 絲桿式前探梁超前支護(hù)施工斷面剖面示意圖（mm）

3.3 及時打開機(jī)載臨時超前支護(hù)

為了進(jìn)一步保證巷道支護(hù)施工安全，工作面割煤完成后，施工人員把鋼筋網(wǎng)按支護(hù)排距放置在機(jī)載前探支護(hù)上，升起機(jī)載前探，施工人員在前探支護(hù)下打設(shè)

錨桿、錨索等永久支護(hù)。303運輸順槽采用的EBZ260型掘進(jìn)機(jī)機(jī)載前探梁支撐質(zhì)量為1.5 t，支撐高度為 2.3～4.0 m，支撐面積為 4.0～7.5 m2。

3.4 優(yōu)化掘進(jìn)機(jī)割煤方式

當(dāng)303運輸順槽過頂板破碎區(qū)域時，及時優(yōu)化掘進(jìn)機(jī)割煤方式，應(yīng)先從巷道頂部切割，并立即架好前探梁護(hù)好頂板，再向下切割。煤層較軟或破碎時，可將切割進(jìn)尺深度由800 mm調(diào)整為400 mm，掘進(jìn)半煤巖巷道應(yīng)先割煤后割巖，即先軟后硬的原則。根據(jù)不同性質(zhì)的煤巖體，必須確定不同切割方式以及合適的進(jìn)刀方式及進(jìn)刀深度。工作面幫角必須切割到位，落煤通過切割頭和掘進(jìn)機(jī)耙爪扒入掘進(jìn)機(jī)刮板運輸機(jī)。

3.5 加強(qiáng)巷道頂板離層監(jiān)測

303運輸順槽在后期掘進(jìn)期間，每隔30 m安裝1臺YHW300型頂板離層儀對巷道頂板進(jìn)行動態(tài)觀測，安裝基點分別安裝在直接頂（淺部基點）和基本頂（深部基點）穩(wěn)定巖層內(nèi)，其中淺部基點深度不得低于2.5 m（頂板錨桿長度），深部基點不得低于5.3 m（錨索長度）。

巷道掘進(jìn)時發(fā)現(xiàn)頂板離層值小于50 mm時，說明在圍巖應(yīng)力錨桿及錨索支護(hù)作用下，巷道頂板基本穩(wěn)定；離層值超在50～100 mm時，要停止掘進(jìn)，采取措施進(jìn)行處理；離層值大于100 mm時，必須立即撤出人員，及時匯報礦調(diào)度室及生產(chǎn)技術(shù)部。

4 結(jié)語

山西煤炭進(jìn)出口集團(tuán)左云長春興煤業(yè)有限公司通過技術(shù)研究，對303運輸順槽施工期間存在主要技術(shù)難題進(jìn)行分析，并根據(jù)實際情況對運輸順槽頂板破碎區(qū)域，采取“施工撞楔超前支護(hù)+安裝絲杠式前探梁超前支護(hù)+打開機(jī)載臨時超前支護(hù)+安裝頂板離層儀”等聯(lián)合措施進(jìn)行觀察維護(hù)后，使巷道過破碎區(qū)域掘進(jìn)效率提高至6.7 m/d，在后期掘進(jìn)前頂板未發(fā)生嚴(yán)重破碎、冒頂現(xiàn)象，頂板最大下沉量控制在0.12 m以下，巷幫最大移近量控制在0.15 m以下，有效保證了巷道施工安全，取得了顯著實際應(yīng)用成效。