破碎頂板大斷面巷道聯(lián)合支護技術應用

閆成柱

（霍州煤電集團呂梁山煤電有限公司方山木瓜礦，山西 呂梁 033100）

1 概 述

霍州煤電集團呂梁山煤電有限公司方山木瓜礦1001巷位于一采區(qū)準備巷道左翼。工作面以東、南為實體煤，緊鄰一采區(qū)邊界，以西為10-1021巷，以北為一采區(qū)三條大巷。開口47～296m區(qū)域上部為9-102采空區(qū)，影響區(qū)長度為249m，層間平均厚度為9.5m。

1001巷掘進煤層為10#煤層，平均厚度為2.85m，平均傾角為3°，煤層結構復雜，煤層內含三層炭質泥巖。掘進煤層無偽頂，直接頂主要以黑灰色泥巖為主，平均厚度為3.23m，基本頂主要以深灰色灰?guī)r為主，平均厚度為4.75m。1001巷設計斷面規(guī)格為寬×高=4.8×3.1m。根據(jù)工作面地質條件，采用工程類比法對錨桿組合形式進行優(yōu)化設計，借鑒同類型地質條件10-106工作面的支護經驗，施工巷道采用錨桿、錨索聯(lián)合支護。每排布置6根長度為2.0m左旋無縱筋螺紋剛錨桿，錨桿間距×排距=0.9×1.0m；頂板錨索采用長度為5.0m、直徑為17.8mm預應力錨索，每排施工3根，間距×排距=1.6×3.0m。

由于1001巷受上部9-102采空區(qū)影響，巷道掘進至420m處頂板出現(xiàn)破碎現(xiàn)象，頂板錨桿、錨索失效現(xiàn)象嚴重。當巷道掘進至427m處頂板出現(xiàn)局部冒頂現(xiàn)象，頂板支護難度加大，巷道平均掘進速度降低至3.9m/d。

2 1001巷頂板破碎冒落原因分析

（1）頂板巖體穩(wěn)定性差。1001巷頂板直接頂主要以炭質泥巖為主，該巖體成層狀結構，巖體普氏系數(shù)f=2.5，巖體不穩(wěn)定且承載能力低。在9-102采空區(qū)應力與基本頂之間出現(xiàn)離層現(xiàn)象，無法形成穩(wěn)定的承載梁，巷道開挖后頂板應力加大，頂板出現(xiàn)破碎現(xiàn)象，且隨著應力作用時間延長，頂板破碎松動圈范圍擴大，嚴重時出現(xiàn)冒落現(xiàn)象。

（2）支護強度低。1001巷頂板采用錨桿長度為2.0m，錨桿錨固段位于頂板不穩(wěn)定巖體內，隨著頂板巖體破碎松動圈范圍擴大，錨桿錨固失效現(xiàn)象嚴重，無法起到預期支護效果。頂板錨索雖然錨固端位于堅硬頂板內，但是單錨索支護屬于點性支護，同一排錨索無法起到聯(lián)鎖支護作用，在應力作用下錨索間巖體易出現(xiàn)破碎現(xiàn)象。

（3）擾動破壞嚴重。1001巷頂板采用MT-130型風動錨索鉆機配套六棱中空鉆孔進行鉆孔施工，鉆機鉆孔期間平均風壓為0.7MPa，在鉆孔過程中受壓風對巖體產生致裂效應，導致頂板裂隙增加。而且頂板布置的支護鉆孔數(shù)量多，破壞了頂板整體穩(wěn)定性，加劇了頂板破碎。

3 1001巷破碎頂板聯(lián)合支護措施

為了提高1001巷破碎頂板穩(wěn)定性，加強頂板支護效果，木瓜礦生產技術科通過研究，采用錨桿注漿支護與π型鋼棚支護聯(lián)合支護措施進頂板維護。

3.1 錨桿注漿支護

（1）支護原理：錨桿注漿支護主要是利用支護鉆孔作為注漿鉆孔，減小鉆孔施工工程量，降低鉆孔施工時對不穩(wěn)定頂板產生的擾動破壞。在錨固過程中，采用專用注漿錨桿對鉆孔圍巖進行高壓注漿，實現(xiàn)全錨支護，填充了頂板煤巖體裂隙帶，提高了巖體承載能力。

（2）支護器具：注漿錨桿、封孔器、直徑為8mm注漿軟桿、2ZBQ氣動注漿泵、支護托板等。其中錨桿長度為3.5m，錨桿直徑為25mm，錨桿內部為14mm注漿圓孔，距錨桿錨固段1.0m處位于錨桿四周依次布置三個直徑為12mm外圍圓孔，圓孔排距為0.5m，如圖1所示。

（3）施工工藝：① 首先采用MT-130錨索鉆具，配套六棱中空鉆桿以及30mm“八”字型鉆頭進行支護鉆孔施工，鉆孔深度為3.2m，每排施工5個支護孔，孔間距為1.0m，排距為1.5m；② 支護鉆孔施工完好，向鉆孔底部填裝兩支錨固劑，一支MSCK23/35型，一支MSK23/60型，然后安裝注漿錨桿并采用鉆具錨固，錨固長度為0.9m，錨桿錨固后在距支護孔0.3m處安裝封孔器進行封孔；③ 封孔后在錨桿內埋入注漿軟管，軟管另一端與2ZBQ氣動注漿泵連接，然后高壓注入聚氨酯粘合劑，注漿壓力為0.8MPa。

3.2 “π”型鋼棚支護

為了降低應力對頂板剪切破壞作用，進一步提高頂板承載能力，頂板錨桿注漿支護施工完后，在巷道內架設“π”型鋼棚。

（1）“π”型鋼棚主要由11#工字鋼焊制而成，主要由棚腿（4根，每根長度為1.6m）、“π”型頂梁（一根，長度為4.8m）、卡纜、底座以及連接桿等部分組成。

（2）鋼棚安裝在滯后工作面5.0m處，鋼棚架設間距為1.5m，架設鋼棚前需對鋼棚安裝地點底板浮煤、頂板危巖進行清理，并由地測科在巷道頂板及兩幫給定鋼棚安裝十字控制線。

圖1 錨桿注漿支護結構剖面示意圖

（3）首先在巷道內安裝鋼棚底座，底座采用地錨與底板固定。底座安裝后應平整牢固，底座安裝后將第一節(jié)棚腿與底座采用螺母連接，第一節(jié)棚腿安裝后將第二節(jié)棚腿與第一節(jié)棚腿采用卡纜固定連接，并調整棚腿高度。在兩節(jié)棚腿中部巷幫施工兩根錨桿并采用夾板將棚腿與巷幫固定。

（4）兩幫棚腿安裝后安裝“π”型頂梁，安裝頂梁前需采用原木搭設工作盤，頂梁兩端與棚腿采用卡扣式連接，并采用螺母將頂梁“八”字型固定桿與棚腿進行連接。

（5）鋼棚整體安裝后，在相鄰兩架鋼棚棚腿之間安裝四根連接桿，同時在相鄰兩架鋼棚頂梁之間安裝金屬托板，確保鋼棚能夠對頂板全斷面支護。

4 結束語

1001巷在掘進過程中采用“錨桿注漿+π型鋼棚”聯(lián)合支護措施，取得了顯著成效。

（1）減少鉆孔施工量。采用錨桿注漿支護時，支護鉆孔兼做注漿鉆孔，減少了頂板鉆孔數(shù)量，降低了對破碎頂板的擾動破壞；降低了頂板支護工程量及勞動作業(yè)強度，與傳統(tǒng)支護工藝相比，巷道每米支護時間縮短0.6h，巷道掘進速度提高至6.7m/d。

（2）降低了支護成本費用。原支護設計中每米巷道頂板需施工6根錨桿，1根錨索，1根鋼帶，支護材料費用為820元，而采用錨桿注漿支護及架棚支護后，每米支護成本費用為610元，過應力破碎區(qū)可節(jié)約支護成本費用為4.5萬元。

（3）支護效果好。與傳統(tǒng)錨桿支護相比，錨桿注漿支護實現(xiàn)了錨桿全錨支護，解決了巖體松動圈內錨桿錨固失效現(xiàn)象，失效率由原來的24%降低至3%；提高了破碎巖體膠結穩(wěn)定性及承載能力；采用鋼棚支護進一步提高了頂板穩(wěn)定性，防止了頂板下沉、冒落現(xiàn)象，通過觀察發(fā)現(xiàn)，架棚后頂板最大下沉量僅為0.13m，鋼棚未出現(xiàn)變形現(xiàn)象。