軟巖巷道破碎頂板支護(hù)設(shè)計(jì)優(yōu)化

靳志勇

（山西潞安集團(tuán)左權(quán)五里堠煤業(yè)有限公司，山西 晉中 032600）

軟巖巷道在掘進(jìn)過(guò)程中，受構(gòu)造應(yīng)力、巷道開挖應(yīng)力等影響，巷道頂板出現(xiàn)破碎現(xiàn)象，若不及時(shí)采取合理有效的支護(hù)措施，不僅對(duì)破碎頂板維護(hù)效果差，而且很容易發(fā)生安全事故。軟巖巷道破碎頂板支護(hù)前，必須合理分析巷道頂板圍巖松動(dòng)圈范圍、破碎巖體膠結(jié)穩(wěn)定性情況以及巖體的單軸抗壓強(qiáng)度等，根據(jù)實(shí)際情況采取有效的支護(hù)措施，保證破碎頂板穩(wěn)定性，防止頂板下沉、垮落事故發(fā)生。以五里堠煤礦1104 運(yùn)輸順槽為例，對(duì)巷道破碎頂板原支護(hù)設(shè)計(jì)主要存在的問(wèn)題進(jìn)行剖析，并對(duì)原支護(hù)進(jìn)行合理優(yōu)化。

1 概述

山西潞安集團(tuán)左權(quán)五里堠煤業(yè)有限公司1104 運(yùn)輸順槽位于井田北翼，巷道東部為1103 運(yùn)輸順槽，間隔煤柱寬度為25m，南部為上組煤集中大巷，西部為1104 工作面回采煤柱，北部為實(shí)體煤。

1104 運(yùn)輸順槽從上組煤集中膠帶運(yùn)輸下山開口施工，巷道設(shè)計(jì)斷面規(guī)格為寬×高=4.5×3.5m，設(shè)計(jì)長(zhǎng)度為970m。巷道掘進(jìn)煤層為二疊紀(jì)3#煤層，平均厚度為1.13m，施工巷道沿煤層頂板平行掘進(jìn)。3#煤層無(wú)偽頂，煤層之上為泥巖直接頂，厚度2.2m，泥巖之上為細(xì)砂巖、砂質(zhì)泥巖，泥巖基本頂，厚度19.65m。煤層之下為直接底砂質(zhì)泥巖，厚為5.36m。

2 原支護(hù)設(shè)計(jì)及問(wèn)題分析

2.1 巷道原頂板支護(hù)設(shè)計(jì)

1104 運(yùn)輸順槽初步支護(hù)設(shè)計(jì)中，巷道頂板采用錨桿、錨索、金屬網(wǎng)聯(lián)合支護(hù)：

（1）巷道頂板錨桿長(zhǎng)度為2.0m，直徑為20mm，錨桿采用端頭加長(zhǎng)錨固方式，頂板每排布置6 根，錨桿垂直頂板布置，錨桿間距為0.8m，排距為0.9m。錨桿外露端采用規(guī)格為長(zhǎng)×寬=0.3×0.2m 鋼方墊及螺母進(jìn)行預(yù)緊，預(yù)緊力為150N?m。

（2） 頂 板 錨 索 長(zhǎng) 度 為4.0m， 直 徑 為17.8mm，每排布置兩根，錨索間距為2.5m，排距為2.7m，錨索采用端頭加長(zhǎng)錨固方式。錨索外露端采用一根長(zhǎng)度為1.0m 工字鋼梁及鎖具進(jìn)行預(yù)緊。

（3）頂板金屬網(wǎng)采用長(zhǎng)度為5.0m、寬度為1.2m棱形經(jīng)緯網(wǎng)，網(wǎng)格規(guī)格為長(zhǎng)×寬=50×50mm。巷道每掘進(jìn)1.0m 頂板鋪設(shè)一卷金屬網(wǎng)，相鄰兩卷金屬網(wǎng)搭接寬度為0.3m。

1104 運(yùn)輸順槽已掘進(jìn)340m，掘進(jìn)前期頂板下沉量大，在巷道構(gòu)造區(qū)域頂板最大下沉量達(dá)0.47m，巷道頂板破碎嚴(yán)重、成型效果差，局部頂板支護(hù)失效現(xiàn)象嚴(yán)重，錨桿失效率達(dá)13%。巷道掘進(jìn)后需對(duì)破碎頂板進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)，不僅加大了巷道支護(hù)勞動(dòng)強(qiáng)度，而且增加了巷道支護(hù)成本費(fèi)用。

2.2 問(wèn)題分析

（1）1104 運(yùn)輸順槽直接頂厚度為2.2m，直接頂與基本頂之間膠結(jié)性差，在巷道開挖應(yīng)力影響下，直接頂出現(xiàn)離層現(xiàn)象。而原頂板支護(hù)設(shè)計(jì)中頂板錨桿長(zhǎng)度為2.0m，錨桿端頭錨固端位于直接頂與基本頂之間，當(dāng)直接頂出現(xiàn)離層時(shí)，很容易造成錨桿端頭錨固失效，從而降低了錨桿錨固效果。

（2）原頂板支護(hù)設(shè)計(jì)中，頂板錨桿采用的點(diǎn)性布置方式。當(dāng)頂板出現(xiàn)破碎時(shí)，單錨桿無(wú)法對(duì)頂板起到全斷面支護(hù)作用，相鄰兩根錨桿之間聯(lián)鎖支護(hù)作用性差。同時(shí)原頂板錨索外露端采用工字鋼梁進(jìn)行預(yù)緊，當(dāng)頂板出現(xiàn)下沉?xí)r，鋼梁支護(hù)斷面小很容易對(duì)頂板產(chǎn)生切頂破壞。

（3）原頂板支護(hù)設(shè)計(jì)中，頂板錨桿間距為0.9m，每排布置6 根，頂板支護(hù)相對(duì)密集，不僅加大了支護(hù)作業(yè)強(qiáng)度，增加了頂板支護(hù)成本費(fèi)用，而且密集支護(hù)鉆孔在施工時(shí)對(duì)頂板很容易出現(xiàn)擾動(dòng)破壞，加大了頂板破壞力度。

3 支護(hù)優(yōu)化

為了提高1104 運(yùn)輸順槽頂板穩(wěn)定性，防止巷道掘進(jìn)期間頂板出現(xiàn)破碎、冒落現(xiàn)象，決定對(duì)原頂板支護(hù)設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化。

3.1 頂板破碎時(shí)支護(hù)優(yōu)化

（1）大錨桿施工。優(yōu)化后原頂板錨桿變更為大錨桿支護(hù)，大錨桿采用長(zhǎng)度為3.0m、直徑為22mm螺紋鋼錨桿，錨桿錨固長(zhǎng)度為0.7m，錨桿錨固端位于基本頂堅(jiān)硬、穩(wěn)定巖體內(nèi)。巷道頂板每排布置5根，錨桿間距為1.0m，排距為1.2m，其中中部三根錨桿垂直頂板布置，端頭兩根錨桿以85°夾角布置。如圖1 所示。

（2）安裝JW 型鋼帶。為了提高錨桿聯(lián)鎖支護(hù)作用，同一排錨桿外露端安裝一根“JW”型鋼帶。鋼帶長(zhǎng)度為4.2m，寬度為0.32m，鋼帶與錨桿配套使用，并采用螺母將鋼帶、錨桿進(jìn)行預(yù)緊。

（3）安裝恒阻錨索。優(yōu)化后將原頂板普通錨索變更為恒阻錨索，恒阻錨索長(zhǎng)度為6.0m，每排錨索數(shù)量由原來(lái)2 根變更為3 根，錨索布置間距為1.8m，錨索排距為3.0m。同一排錨索外露端安裝一根長(zhǎng)度為4.0m、寬度為0.5m 圓鋼梯形梁，并采用鎖具進(jìn)行預(yù)緊。

圖1 優(yōu)化后1104 運(yùn)輸順槽頂板支護(hù)示意圖

3.2 頂板冒落時(shí)的支護(hù)

當(dāng)巷道掘進(jìn)期間頂板出現(xiàn)冒落時(shí)，采用傳統(tǒng)錨桿、錨索支護(hù)無(wú)法滿足頂板支護(hù)需求，必須采取特殊加強(qiáng)支護(hù)措施，可采用注漿支護(hù)、施工人工假頂、架棚等。

（1）注漿支護(hù)。由于巷道頂板冒落后，形成不規(guī)則高冒區(qū)，不僅破壞了頂板承載結(jié)構(gòu)，降低了頂板穩(wěn)定性，而且在高冒區(qū)內(nèi)進(jìn)行支護(hù)時(shí)難度大、效果差。傳統(tǒng)支護(hù)對(duì)高冒區(qū)頂板支護(hù)效果差，所以必須采用注漿技術(shù)對(duì)高冒區(qū)松散圍巖進(jìn)行加固，用馬麗散、聚氨酯等化學(xué)材料進(jìn)行注漿加固。

（2）施工人工假頂。當(dāng)巷道頂板冒落后形成高冒區(qū)高度大于1.0m 時(shí)，為了防止冒落區(qū)出現(xiàn)有害氣體積聚現(xiàn)象，控制冒落區(qū)范圍進(jìn)一步擴(kuò)大，需對(duì)冒落區(qū)施工人工假頂進(jìn)行封堵。為了降低人工假頂成本費(fèi)用，采用錨索吊棚配合半圓木進(jìn)行搭接，并對(duì)假頂間隙處采用膨脹劑進(jìn)行填充。如圖2 所示。

圖2 巷道高冒區(qū)人工假頂施工斷面、剖面示意圖

（3）架設(shè)鋼棚。為提高高冒區(qū)人工假頂穩(wěn)定性，防止頂板集中應(yīng)力對(duì)人工假頂產(chǎn)生破壞作用，人工假頂施工完后，可在高冒區(qū)前后架設(shè)密集工字鋼棚。巷道常用矩形鋼棚、拱形鋼棚、梯形鋼棚。

4 結(jié) 語(yǔ)

（1）通過(guò)對(duì)原頂板支護(hù)方案的優(yōu)化，不僅減少了巷道頂板支護(hù)數(shù)量，降低了支護(hù)成本費(fèi)用及勞 動(dòng)作業(yè)強(qiáng)度，而且提高了頂板穩(wěn)定性，軟巖頂板下沉、破碎現(xiàn)象得到有效控制，在后期掘進(jìn)過(guò)程中未出現(xiàn)頂板大面積破碎現(xiàn)象。

（2）1104 運(yùn)輸順槽在掘進(jìn)至525m、711m 處分別揭露了一條正斷層F2、F3，平均斷層落差為0.9m，平均傾角為52°。受構(gòu)造應(yīng)力影響，在斷層處頂板出現(xiàn)冒落現(xiàn)象，其中F2 斷層處冒落區(qū)冒落高度為1.2m，F(xiàn)3 斷層處冒落區(qū)冒落高度為1.5m。通過(guò)對(duì)冒落區(qū)及時(shí)采取注漿、施工人工假頂、架棚等加強(qiáng)支護(hù)后，加強(qiáng)了冒落區(qū)圍巖穩(wěn)定性，冒落范圍得到控制，保證了巷道安全快速掘進(jìn)。