應(yīng)力區(qū)預(yù)留頂煤巷道掘進(jìn)支護(hù)優(yōu)化

牛麗鵬

（潞安集團(tuán)司馬煤業(yè)公司，山西 長(zhǎng)治 047105）

1 概況

潞安集團(tuán)司馬煤業(yè)公司1210風(fēng)巷位于井田二采區(qū)北翼，工作面北部為1211采空區(qū)，東部為1211出煤巷、回風(fēng)巷，南部為二采區(qū)大巷，西部為實(shí)煤區(qū)。1210風(fēng)巷設(shè)計(jì)長(zhǎng)度為1210m，巷道設(shè)計(jì)斷面規(guī)格為寬×高=4.5×3.0m，巷道沿3#煤層底板掘進(jìn)，煤厚6.0m，施工期間預(yù)留頂煤厚度為3.0m。偽頂以炭質(zhì)泥巖為主，平均厚度為0.8m；直接頂以炭質(zhì)泥巖與煤層混合巖層為主，平均厚度為3.5m，其中兩層夾矸、一層煤，夾矸總厚度為2.6m，煤層厚度為0.9m；基本頂主要以砂質(zhì)泥巖及粉砂巖混合層為主，平均厚度為5.7m，1210風(fēng)巷頂板屬軟巖復(fù)合頂板。

1210風(fēng)巷初步支護(hù)設(shè)計(jì)中巷道頂板采用錨桿、錨索、“W”型鋼帶聯(lián)合支護(hù)，頂板每排布置5根錨桿并與鋼帶配套使用，錨桿長(zhǎng)度為2.5m，間排距為1.0m，鋼帶長(zhǎng)度為4.2m；頂板每排施工3根錨索，錨索長(zhǎng)度為5.0m，錨索間距為1.8m，排距為3.0m，錨索施工在兩排鋼帶中間。

1210風(fēng)巷掘進(jìn)至340m處頂板開(kāi)始出現(xiàn)破碎現(xiàn)象，局部地段出現(xiàn)冒頂，最大冒頂深度達(dá)1.4m，隨著巷道掘進(jìn)，出現(xiàn)嚴(yán)重下沉現(xiàn)象。巷道掘進(jìn)至380m處時(shí)，巷道頂板下沉量達(dá)0.35m，底鼓量達(dá)0.4m。

2 頂板變形、破碎原因分析

（1）采空區(qū)影響。1210風(fēng)巷北部為1211采空區(qū)，間隔煤柱寬度為20m，且間隔煤柱主要以破碎煤體為主，承載能力降低。受采空區(qū)影響，1210風(fēng)巷掘進(jìn)時(shí)位于采空區(qū)側(cè)頂板壓力加大。

（2）頂板承載能力低。由于巷道掘進(jìn)期間預(yù)留頂煤厚度為3.0m，煤體膠結(jié)穩(wěn)定性差，單軸抗壓強(qiáng)度不足25MPa，而直接頂為復(fù)合頂板，成層狀結(jié)構(gòu)，巖體單軸抗壓強(qiáng)度不足30MPa，承載能力低。巷道開(kāi)挖后永久支護(hù)施工前，懸空頂板無(wú)法起到承載梁作用，導(dǎo)致巷道頂板極易垮落。

（3）地質(zhì)構(gòu)造影響。地質(zhì)資料顯示，1210巷在掘進(jìn)期間共揭露37條斷層，其中正斷層14條，逆斷層23條，斷層平均落差為0.9m，最大斷層落差為1.7m（792m）。施工巷道布置在斷層密集區(qū)內(nèi)，受斷層影響，巷道頂板出現(xiàn)剪切條帶式破壞，導(dǎo)致巷道掘進(jìn)時(shí)出現(xiàn)破碎、冒頂現(xiàn)象。

（4）頂板支護(hù)適應(yīng)性差。原巷道支護(hù)設(shè)計(jì)中頂板錨桿長(zhǎng)度為2.5m，錨桿錨固端位于不穩(wěn)定頂煤中，受鉆孔施工擾動(dòng)影響，鉆孔壁平滑度差，呈破碎裂紋狀，注入錨固劑后錨桿與鉆孔圍巖錨固效果差，錨桿無(wú)法起到懸吊作用。錨索長(zhǎng)度為5.0m，錨固端位于復(fù)合頂板不穩(wěn)定巖體內(nèi)，頂板離層時(shí)造成錨索錨固失效現(xiàn)象嚴(yán)重，從而導(dǎo)致巷道頂板支護(hù)效果差，出現(xiàn)破碎現(xiàn)象。

3 優(yōu)化聯(lián)合支護(hù)設(shè)計(jì)

3.1 “大錨桿（索）+JW”型鋼帶支護(hù)

（1）頂錨桿：錨桿采用長(zhǎng)度為3.0m、直徑為25mm左旋無(wú)縱筋反扣柔性鋼錨桿，錨桿每隔0.5m安裝一組阻燃橡膠反扣，錨桿支護(hù)后反扣可與破碎孔壁完全卡牢。每排布置5根，間排距為1.0m，每根錨桿采用兩支錨固劑錨固，其中一支MSKC23/35型，一支MSK23/80型，錨固力不得低于98kN。

（2）“JW”鋼帶：頂板鋼帶為特制的“JW”型鋼帶，鋼帶規(guī)格為長(zhǎng)×寬=4.2×0.35m，每根鋼帶配套5根錨桿使用，鋼帶間距為1.0m，如圖1所示。

（3）預(yù)應(yīng)力錨索：錨索采用長(zhǎng)度為8.0m、直徑為21.6mm高強(qiáng)度預(yù)應(yīng)力鋼絞線，每排布置3根錨索，錨索間距×排距=1.8×3.0m，每根錨索采用三支錨固劑錨固，一支MSKC23/35型，兩支MSK23/80型，錨索錨固力不得低于170kN。每根錨索外露端吊掛一根長(zhǎng)度為0.6m“JW”型鋼梁將其與頂板預(yù)緊。

3.2 鋪設(shè)經(jīng)緯加粗鋼筋網(wǎng)

（1）每塊鋼筋網(wǎng)長(zhǎng)度為2.0m，寬度為1.2m，鋼筋網(wǎng)采用直徑為10mm鋼筋焊接而成，鋼筋網(wǎng)四邊采用長(zhǎng)度為2.0m、直徑為15mm鋼筋收邊，每個(gè)支護(hù)斷面采用兩塊鋼筋網(wǎng)拼接而成。

（2）巷道掘進(jìn)后頂板永久支護(hù)施工前，在工作面空頂處鋪設(shè)加粗鋼筋網(wǎng)，每?jī)蓧K鋼筋網(wǎng)采用4根錨桿將其與頂板進(jìn)行固定。

（3）鋼筋網(wǎng)鋪設(shè)完成后，在網(wǎng)下方安裝“JW”型鋼帶及錨索，相鄰兩組加粗鋼筋網(wǎng)搭接長(zhǎng)度不得低于0.2m，并采用14#鉛絲三花連接。

3.3 架設(shè)“π”型鋼棚

（1）鋼棚架設(shè)滯后工作面5.0m，鋼棚架設(shè)間距為1.0m，鋼棚架設(shè)順序：棚腿底座→棚腿→頂梁。架設(shè)鋼棚時(shí)應(yīng)在巷幫處給出鋼棚控制中心線，鋼棚架設(shè)后及時(shí)調(diào)整鋼棚與巷道垂直角度，誤差不得超過(guò)±3°。

（2）鋼棚架設(shè)期間應(yīng)確保棚腿、頂梁與巷幫、頂板接觸嚴(yán)實(shí)，不接頂處應(yīng)采用背板背牢，鋼棚棚腿與頂梁采用卡蘭進(jìn)行連接固定，預(yù)緊力不得低于200N·m。

（3）為了防止鋼棚倒架，鋼棚架設(shè)后在相鄰兩架鋼棚之間采用連接桿進(jìn)行連鎖保護(hù)。

（4）鋼棚架設(shè)后在巷道每隔20m頂板處安裝一臺(tái)YHW300型數(shù)顯離層儀，深部基點(diǎn)位于8.0m處頂板穩(wěn)定巖體內(nèi)，淺部基點(diǎn)位于4.0m處頂板巖體內(nèi)。并建立頂板離層觀察記錄臺(tái)賬，及時(shí)對(duì)頂板動(dòng)態(tài)變化進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

圖1 1210巷復(fù)合破碎頂板聯(lián)合支護(hù)斷面示意圖

4 結(jié) 語(yǔ)

潞安集團(tuán)司馬煤業(yè)公司對(duì)1210巷掘進(jìn)期間頂板破碎原因進(jìn)行分析，提出了“大錨桿（索）+經(jīng)緯加粗鋼筋網(wǎng)+π型鋼棚”等優(yōu)化聯(lián)合支護(hù)措施。采取聯(lián)合支護(hù)措施后，在后期回采期間巷道頂板未出現(xiàn)嚴(yán)重破碎、冒頂?shù)痊F(xiàn)象，頂板下沉量控制在0.12m以下，巷幫移進(jìn)量控制在0.14m以下。位于1211側(cè)采空區(qū)巷幫煤柱未剝離破壞，提高了巷道穩(wěn)定性，保證了巷道施工安全，取得了較好效果。