復(fù)合支護(hù)技術(shù)在掘進(jìn)工作面過斷層中的應(yīng)用

趙春波

（晉煤集團(tuán)趙莊煤業(yè)有限責(zé)任公司，山西 晉城 048000）

掘進(jìn)工作面在揭露斷層過程中，煤體逐漸變得酥軟，硬度下降。由于煤層整體上抬，易導(dǎo)致煤體塌落，造成頂板錯距，機(jī)組無法正常施工。掘進(jìn)工作面遇到此類情況常常采用搭架，人工支掘巷道上半部，支掘夠一定距離后，機(jī)組起底下半部逐漸接頂。這種施工方法安全系數(shù)低，作業(yè)環(huán)境差，工人勞動強(qiáng)度大，掘進(jìn)工效低，且造成巷道超高，給后期帶來安全隱患。

采用錨網(wǎng)索注漿架棚聯(lián)合支護(hù)技術(shù)過斷層，注漿加固酥軟煤體，提高煤壁力學(xué)性能，能有效控制工作面片幫、冒頂?shù)葐栴}。

1 工程背景

趙莊煤業(yè)5103 巷為五盤區(qū)輔運(yùn)大巷，巷道斷面積5×4.5m，掘進(jìn)斷面積22.5m2，凈寬4.8m，凈高4.4m，凈斷面積21.12m2。采用EBZ200 型掘進(jìn)機(jī)進(jìn)行割煤，后配有EZQ-300 型轉(zhuǎn)載機(jī)、1m 帶式輸送機(jī)組成綜合機(jī)械化掘進(jìn)系統(tǒng)。采用兩臺CMM2-18液壓錨桿鉆車來完成頂幫錨桿、錨索的打注，支護(hù)采用錨網(wǎng)梁索聯(lián)合支護(hù)。工作面在掘進(jìn)至5540m 處揭露上抬正斷層f731（110°∠75°， H=7m），掘進(jìn)由上盤進(jìn)入下盤，煤巖層上抬，預(yù)計影響巷道掘進(jìn)約70～80m。工作面布置如圖1 所示。

圖1 工作面布置圖

2 注漿加固

在揭露斷層前3m 時對工作面進(jìn)行注漿，加固工作面松散煤體，提高工作面煤體完整性及強(qiáng)度。

2.1 注漿設(shè)備

采用氣動雙液注漿泵1 臺（ZBYSB40/22-7.5），氣動攪拌桶2 臺QB-260。

2.2 注漿材料

聯(lián)邦加固Ⅰ號（雙液）注漿材料，主要用于巷道淺層破碎區(qū)注漿加固、鉆孔封孔。該材料為無機(jī)雙液注漿材料，雙液可單獨(dú)存放8h 以上不凝固，混合后0～5min 失去流動性，5～15min 完全固化，2h 強(qiáng)度可達(dá)8～15MPa，水灰比可調(diào)范圍0.6～1.5:1，結(jié)實(shí)率均能夠達(dá)到100%。材料抗壓強(qiáng)度如表1 所示。

表1 注漿材料抗壓強(qiáng)度對比

2.3 注漿封孔

封孔深度1～1.5m，漏漿嚴(yán)重時可以適當(dāng)增加封孔長度。

封孔方法如圖2 所示，用棉紗封堵封孔段兩端鋼管空隙，進(jìn)行封堵注漿，20min 后漿液固化即可實(shí)施注漿。

封孔時需注意以下幾點(diǎn)：（1）適當(dāng)減低水灰比；（2）應(yīng)當(dāng)讓漿液在混合管內(nèi)停頓2～3min；（3）拔出出漿管后，應(yīng)在孔口位置稍補(bǔ)注一些漿液。

圖2 注漿封孔方法示意圖

2.4 注漿施工技術(shù)

注漿先施工3m 孔，依據(jù)注漿情況，再依次施工12m 孔。所有鉆孔均采用聯(lián)邦注漿加固Ⅰ號（雙液）注漿加固。由于掘進(jìn)貫通點(diǎn)為已封閉巷道，煤體松散且不能察覺是否漏漿，因此加固采用間歇性低壓緩注，3m 注漿壓力控制在4～6MPa，12m 注漿壓力為10～12MPa。當(dāng)漏漿嚴(yán)重時，適當(dāng)降低注漿壓力。每袋質(zhì)量40kg，原則上注到泵壓上限為止，當(dāng)同一位置出現(xiàn)多次漏漿難以封堵，或者煤體出現(xiàn)松動鼓出跡象，也可結(jié)束注漿。掘進(jìn)工作面鉆孔布置圖如圖3 所示。

圖3 工作面鉆孔布置圖

如圖3 工作面鉆孔布置圖可知，所有鉆孔均垂直煤壁打設(shè)，鉆孔直徑42mm。

3m 淺孔布置：每排3 個鉆孔，上部鉆孔、中部鉆孔和下部鉆孔在一條直線上。上部鉆孔距離頂板0.6m，俯角2°；中部鉆孔距離頂板1.8m，俯角2°；下排鉆孔距離頂板3.0m，俯角2°。同排鉆孔之間間距均為1.2m。巷道迎頭全斷面共布置3m孔6 排。布置在巷道輪廓線上的3m 孔均向幫內(nèi)輻射布置，夾角為15°。

12m 深孔布置：每排2 個鉆孔，上部鉆孔和下部鉆孔在一條直線上。上部鉆孔距離頂板1.2m，俯角2°；下部鉆孔距離頂板2.4m，俯角3°。同排鉆孔之間間距均為1.2m。巷道迎頭全斷面共布置12m 孔5 排。布置在巷道輪廓線兩側(cè)上的12m 孔均向幫內(nèi)輻射布置，夾角為15°。

3 錨網(wǎng)索架棚聯(lián)合支護(hù)技術(shù)

3.1 頂板支護(hù)方式

頂板采用全錨索支護(hù)配合鋼筋托梁聯(lián)合支護(hù)。頂板錨索長度根據(jù)頂部煤線情況，可使用長度為6.4m、7.4m、8.4m、9.4m、11.4m、14.5m 及更長的錨索，保證錨固力及錨固長度達(dá)到設(shè)計要求。幫部支護(hù)同原支護(hù)一致。頂板錨索布置平面圖如圖4所示。

圖4 頂板錨索布置平面圖

頂板錨索布置排距1000mm，間距1200mm，每排5 根，靠幫側(cè)錨索距幫400mm，且錨索全部垂直頂板。錨索采用1×19 股高強(qiáng)度低松弛預(yù)應(yīng)力鋼絞線制成，Ф22mm，長度6400～14500mm，尾部采用配套的高強(qiáng)度鎖具。錨索托盤采用高強(qiáng)度碟形托盤，規(guī)格300×300×16mm。

錨固方式采用樹脂加長錨固。錨索采用三支錨固劑，一支為快速錨固劑，型號MSK2335，兩支為中速錨固劑，型號MSZ2360。先放快速錨固劑，后放中速錨固劑。鉆孔直徑30mm，錨固長度不小于1900mm，錨索外露鎖具外150～250mm，錨固力不小于400kN，預(yù)緊力不小于250kN（根據(jù)錨索張拉機(jī)具，張拉過程中因力的損耗，頂板錨索需張拉至36MPa）。

鋼筋托梁采用Ф14mm 的鋼筋焊接而成，寬度80mm，長度4900mm。在安裝錨索的位置焊接兩段縱筋以便安裝錨索，縱筋間距100mm，型號T4900×80/14-100×80。

菱形網(wǎng)片采用10#鐵絲編織而成，網(wǎng)孔規(guī)格70×70mm，網(wǎng)片規(guī)格1150×5800mm，型號LW10/70-1.15×5.8。

菱形網(wǎng)片采用搭接方式聯(lián)接，搭接長度100mm，使用雙股16#鍍鋅鉛絲捆扎，每隔140mm捆扎一道，扭結(jié)不少于3 圈。

3.2 頂板噴漿

揭露煤層后對頂板及時噴漿加固，噴漿機(jī)采用轉(zhuǎn)子濕式混凝土礦用隔爆型濕式噴射機(jī)組（JPS7I-L），功率5.5 kW。噴漿使用材料配比（重量）為水泥∶砂∶石子為1:2:2。水泥為普通硅酸鹽水泥，標(biāo)號為P·0 42.5，無過期、受潮結(jié)塊現(xiàn)象。砂為堅硬清潔的中粗黃沙，含水率3%～6%；石子選粒徑為2～5mm 清潔干凈的。

噴漿施工工藝：

（1）全面檢查施工地點(diǎn)支護(hù)情況后，安排人員拌、運(yùn)料。準(zhǔn)備完畢后，進(jìn)行噴射混凝土施工。

（2）噴漿前對噴漿地點(diǎn)的底板鋪設(shè)不可燃性布條，對回彈物進(jìn)行二次利用。

（3）噴漿厚度50～100mm，強(qiáng)度C20，噴漿后需保證巷道表面平整，無坑洼現(xiàn)象。

（4）噴嘴至噴射面的距離應(yīng)保持0.6～1m，噴嘴處的風(fēng)壓要保持0.1MPa 左右，噴頭的水壓要比風(fēng)壓高0.1MPa，噴嘴與噴射面盡量保持垂直。

（5）在巷道中使用的長距離輸料管要定期轉(zhuǎn)動，使其磨損均勻。作業(yè)中要經(jīng)常檢查輸料管和出料彎頭處有無磨薄、擊穿現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)有破損時必須及時更換輸料管。

（6）噴射機(jī)必須保持密封性良好，防止漏風(fēng)和粉塵飛揚(yáng)。

（7）攪拌料時要均勻，人工攪拌時，至少攪拌3 次。

3.3 滯后工作面30m 對頂板進(jìn)行架棚

采用單體液壓支柱（型號：DW45-250/110LX）作為棚腿，π 型鋼梁作為棚梁，架棚采用一梁兩柱，棚距與現(xiàn)場施工排距相同。施工地點(diǎn)供液由1 臺乳化液泵（風(fēng)動單體升柱器）提供，通過高壓液管直接向施工地點(diǎn)供應(yīng)乳化液。巷道架棚時棚腿必須支設(shè)在巷幫風(fēng)水管路、電纜、五小等的煤幫側(cè)，采用1.5m 的板梁打“＃”字型木垛或者采用背板、木楔對巷道頂部、柱頭上方進(jìn)行接頂，保證背緊、背實(shí)、背牢。

材料規(guī)格：

單體柱：4.5m；

π 型鋼梁：4.5m、5m。

4 結(jié)論

（1）傳統(tǒng)人工支掘過斷層施工方法容易造成工作面塌頂，需人工搭架、人工支掘，造成工作面環(huán)境惡劣，工人勞動強(qiáng)度大。采用錨網(wǎng)索注架棚聯(lián)合支護(hù)過斷層施工方法，能夠有效控制頂板，改善作業(yè)環(huán)境，減少工人勞動強(qiáng)度，提高安全系數(shù)。

（2）錨網(wǎng)索注架棚聯(lián)合支護(hù)技術(shù)過斷層施工方法較傳統(tǒng)人工支掘過斷層施工方法掘進(jìn)效率明顯提高，掘進(jìn)效率提升35%。

（3）傳統(tǒng)人工支掘過斷層施工完畢后，易造成巷道超高，巷道勾頂架棚后，無法準(zhǔn)確觀察頂板變化情況，給后期巷道維護(hù)帶來困難。錨網(wǎng)索注架棚聯(lián)合支護(hù)技術(shù)過斷層施工方法將煤層留至頂部，且能得到有效控制，巷道不會造成超高，便于頂板觀察。