巷道過陷落柱頂板安全技術(shù)措施

司海云

（山西煤炭運(yùn)銷集團(tuán)七一煤業(yè)有限公司，山西 晉城 048400）

1 概述

山西煤炭運(yùn)銷集團(tuán)七一煤業(yè)有限公司9109回風(fēng)順槽北部、西部為井田邊界，南部為9#北回風(fēng)大巷，東為實(shí)體煤。9109回風(fēng)順槽設(shè)計(jì)長度為1200m，巷道設(shè)計(jì)斷面規(guī)格為寬×高=4.2×2.4m，施工巷道掘進(jìn)煤層為9#煤層。9#煤層位于太原組中部K4灰?guī)r之上，煤層厚度1.56～1.72m，平均厚度1.64m，厚度變異系數(shù)11.92%，可采系數(shù)100%，煤層傾角-3°～ +5°，平均4°，結(jié)構(gòu)簡單，不含夾矸，普氏系數(shù)f=1～2，煤層賦存情況穩(wěn)定。9109回風(fēng)順槽沿9#煤層底板平行掘進(jìn)，無偽頂，直接頂主要以炭質(zhì)泥巖為主，平均厚度為2.7m，基本頂主要以砂質(zhì)泥巖為主，平均厚度為8.7m。目前巷道已掘進(jìn)290m。

根據(jù)地測資料，9109回風(fēng)順槽掘進(jìn)至370m處揭露X0陷落柱，該陷落柱為橢圓形狀，其東西發(fā)育較長，南北發(fā)育較短，預(yù)計(jì)受影響范圍約30m，預(yù)計(jì)巷道過陷落柱期間頂板較破碎。

2 過陷落柱施工方案及問題分析

2.1 施工方案

（1） 掘進(jìn)工藝。初步設(shè)計(jì)中9109回風(fēng)順槽采用綜合機(jī)械化掘進(jìn)施工工藝，掘進(jìn)機(jī)單茬掘進(jìn)深度為1.5m，一次性成巷，巷道掘進(jìn)后及時(shí)清理巷道內(nèi)煤矸石，然后對頂板及巷幫施工永久支護(hù)。

（2）支護(hù)工藝。初步支護(hù)設(shè)計(jì)中9109回風(fēng)順槽采用錨桿、錨索、金屬網(wǎng)、鋼帶進(jìn)行聯(lián)合支護(hù)。頂板每排布置5根長度為2.0m、直徑為18mm螺紋鋼錨桿，錨桿間排距為1.0m；頂板鋼帶采用長度為4.0m、寬度為0.2m鋼帶，鋼帶與錨桿配套使用，鋼帶與巷道走向垂直布置；頂板錨索采用長度為4.5m、直徑為17.6mm預(yù)應(yīng)力鋼絞線，每排布置2根，間距為2.0m，排距為3.0m。

2.2 問題分析

（1）掘進(jìn)擾動影響。9109回風(fēng)順槽采用綜合機(jī)械化掘進(jìn)后，由于巷道空頂面積大，頂板支護(hù)不及時(shí)，受巷道圍巖應(yīng)力影響，巷道掘進(jìn)后不穩(wěn)定頂板無法起到臨時(shí)承載作用，導(dǎo)致頂板出現(xiàn)下沉、破碎現(xiàn)象，不僅增加頂板永久支護(hù)施工難度，影響巷道成型率，而且威脅著巷道施工安全。

（2）頂板不穩(wěn)定。通過探測鉆孔發(fā)現(xiàn)，9109回風(fēng)順槽揭露的X0陷落柱腔體內(nèi)主要為炭質(zhì)泥巖，且?guī)r體呈破碎狀，膠結(jié)穩(wěn)定性差，未能形成穩(wěn)定連續(xù)的塊巖，巷道掘進(jìn)后頂板極不穩(wěn)定，很容易發(fā)生頂板冒漏現(xiàn)象，威脅著巷道掘進(jìn)施工安全。

（3）支護(hù)難度大。由于過陷落柱期間頂板破碎、不穩(wěn)定，采用普通的錨桿（索）支護(hù)時(shí)支護(hù)體錨固端位于不穩(wěn)定巖體內(nèi)，錨固效果差，造成支護(hù)失效現(xiàn)象嚴(yán)重，不能起到預(yù)期支護(hù)效果。

3 過陷落柱安全技術(shù)措施

3.1 掘進(jìn)施工工藝優(yōu)化

為了防止過陷落柱期間一次性成巷導(dǎo)致巷道頂板垮落，決定采用導(dǎo)硐分層爆破施工工藝。

（1）導(dǎo)硐分層爆破對施工巷道進(jìn)行分層掘進(jìn)，先爆破下分層預(yù)留上分層，下分層掘進(jìn)后受巷道圍巖應(yīng)力影響，上分層巖體及巷道頂板產(chǎn)生塑性變形，使上分層出現(xiàn)局部垮落，從而對巷道設(shè)計(jì)頂板起到卸壓、保護(hù)作用。

（2）9109回風(fēng)順槽過陷落柱期間下分層斷面為寬×高=4.2×1.4m，預(yù)留上分層厚度為1.0m，下分層采用光面爆破施工工藝。下分層共計(jì)布置26個(gè)爆破鉆孔，其中掏槽孔4個(gè)，深度為2.0m，輔助孔10個(gè)，深度為1.8m，周邊孔12個(gè)，深度為1.8m。每個(gè)炮孔裝藥量為600g，光面爆破深度為1.6m。如圖1所示。

圖1 過陷落柱期間分層爆破炮孔布置示意圖

（3）光面爆破后對分層上施工一排松動爆破孔，爆破孔施工在距頂板0.5m處且垂直煤壁布置，共計(jì)8個(gè)爆破孔，炮孔深度為1.2m，炮孔間距為0.5m。炮孔施工后每個(gè)炮孔裝藥量為300g，每次允許爆破炮孔數(shù)量為4個(gè)，爆破進(jìn)度為1.0m。

（4）采用礦用乳化三級許可炸藥以及毫秒延期電雷管，光面爆破炮孔封孔深度不得低于0.8m，松動爆破炮孔封孔深度不得低于0.5m。

3.2 支護(hù)工藝優(yōu)化

3.2.1 撞楔超前支護(hù)施工

（1）撞楔超前支護(hù)施工在巷道設(shè)計(jì)頂板位置，超前支護(hù)垂直煤壁布置。首先在指定位置采用YT-23型鑿巖機(jī)進(jìn)行支護(hù)孔施工，一排共計(jì)10個(gè)超前支護(hù)孔，孔間距為0.4m，鉆孔直徑為35mm，深度為3.0m。

（2）超前支護(hù)鉆孔施工完后，對鉆孔內(nèi)依次填裝錨固劑及鋼針。每個(gè)鉆孔兩支錨固劑，一支MSKC23/80超快型，一支MSK23/35快速型；鋼針長度為3.2m，直徑為30mm。填裝后采用手持式鉆機(jī)進(jìn)行錨固。

（3）錨固后在鋼針外露端安裝一根長度為4.0m、寬度為0.15m“M”型鋼帶將其與頂板進(jìn)行固定，巷道掘進(jìn)期間永久支護(hù)施工在超前支護(hù)下方，當(dāng)巷道掘進(jìn)2.5m后施工第二排超前支護(hù)，以此類推，直至巷道完全過陷落柱。

3.2.2 永久支護(hù)工藝優(yōu)化

（1）大錨桿支護(hù)。為了提高錨桿錨固效果及屈服強(qiáng)度，將原頂板錨桿支護(hù)進(jìn)行優(yōu)化，采用左旋無縱筋螺紋大錨桿支護(hù)，錨桿長度為3.5m，直徑為22mm。為了減少支護(hù)鉆孔對頂板擾動破壞，優(yōu)化后頂板每排布置4個(gè)錨桿，錨桿間排距為1.2m。

（2）JW型鋼帶支護(hù)。為了提高頂板支護(hù)斷面，避免集中應(yīng)力作用下鋼帶對頂板出現(xiàn)切頂破壞，將原頂板鋼帶更換為“JW”鋼帶。鋼帶長度不變，寬度為0.35m，在鋼帶上均勻焊制4個(gè)圓孔，孔間距為1.2m，鋼帶與大錨桿配套使用。

（3）恒阻錨索支護(hù)。通過對陷落柱頂板施工窺視孔發(fā)現(xiàn)，在頂板往上5.7m處為穩(wěn)定巖層，單層厚度為5.9m，巖體單向抗壓強(qiáng)度為78MPa。所以為了提高錨索對頂板圍巖松動圈懸吊作用，以及錨索支護(hù)強(qiáng)度，將原頂板錨索更換為恒阻高預(yù)應(yīng)力錨索。恒阻錨索長度為7.0m，直徑為21.6mm，每排施工兩根，錨索間距為2.5m，排距為3.6m，錨索外露端安裝一根長度為0.8m、寬度為0.30m“JW”型鋼梁。如圖2所示。

圖2 9109回風(fēng)順槽過X0陷落柱聯(lián)合支護(hù)斷面圖

3.2.3 施工注漿錨棚支護(hù)

為了進(jìn)一步提高陷落柱處頂板巖體穩(wěn)定性，減少頂板鉆孔數(shù)量，實(shí)現(xiàn)錨桿、注漿同步進(jìn)行以及提高鋼棚支護(hù)強(qiáng)度，巷道掘進(jìn)后決定安裝注漿錨棚。

（1）支護(hù)結(jié)構(gòu)。注漿錨棚主要由鋼棚、注漿錨桿等組成。鋼棚為矩形斷面，斷面規(guī)格為寬×高=4.2×2.4m，鋼棚主要由兩根U29型棚腿和一根JW型頂梁組成。其中JW型頂梁長度為4.0m，寬度為0.35m，頂梁上焊制三個(gè)直徑為35mm圓孔，孔間距為1.8m。注漿錨桿長度為3.0m，直徑為30mm，注漿錨桿兩側(cè)各均勻焊制5個(gè)圓孔，孔間距為0.5m，第一個(gè)孔距錨桿端頭距離為0.2m，最后一個(gè)孔距錨桿底端距離為0.8m。

（2）施工順序。施工鉆孔（三個(gè)）→錨注注漿錨桿→安裝“JW”型頂梁→安裝棚腿→注漿。

（3）施工工藝：① 首先采用MT-130錨索鉆機(jī)在頂板施工三個(gè)鉆孔，其中中部鉆孔垂直頂板布置，兩幫側(cè)鉆孔與巷道兩幫夾角為75°。② 注漿鉆孔施工完后對鉆孔依次填裝錨固劑及注漿錨桿。錨桿錨固長度控制在0.5～0.8m范圍內(nèi)，中部錨桿垂直頂板布置，兩側(cè)錨桿成75°夾角布置。③ 錨桿錨固后，在錨桿外露端安裝一根“JW”頂梁，并進(jìn)行預(yù)緊。④ 頂梁安裝后采用卡纜依次安裝兩個(gè)棚腿，棚腿安裝時(shí)必須保證具有較強(qiáng)的支撐作用力。鋼棚安裝間距為1.2m，在相鄰兩架鋼棚之間采用三組拉桿進(jìn)行聯(lián)鎖保護(hù)。⑤ 錨桿錨固后，向錨桿內(nèi)注入水泥砂漿，注漿壓力控制在0.5～1.2MPa范圍內(nèi)，固結(jié)松散的頂板，提高其整體性。

4 結(jié)束語

4月11日9109回風(fēng)順槽揭露X0陷落柱，截至4月19日施工巷道完全過陷落柱。過陷落柱掘進(jìn)工藝優(yōu)化后，過陷落柱期間平均掘進(jìn)速度達(dá)3.2m/d，采用聯(lián)合支護(hù)工藝后，過陷落柱期間巷道頂板未出現(xiàn)破碎、冒落，頂板支護(hù)失效率降低至2%以下，保證巷道成型及施工安全，取得了顯著成效。