人工假頂技術(shù)在巷道冒漏區(qū)治理中的應(yīng)用

段二坤

（晉能控股煤業(yè)集團(tuán)燕子山礦，山西 大同 037001）

巷道在過地質(zhì)構(gòu)造時(shí)頂板出現(xiàn)冒漏區(qū)后，冒漏區(qū)圍巖穩(wěn)定性差，圍巖破碎嚴(yán)重，在冒漏區(qū)采取傳統(tǒng)錨桿（索）支護(hù)時(shí)不僅施工難度大，支護(hù)危險(xiǎn)系數(shù)高，冒漏區(qū)很容易出現(xiàn)瓦斯積聚現(xiàn)象等，而且冒漏區(qū)圍巖力學(xué)結(jié)構(gòu)已發(fā)生改變，圍巖裂隙高度發(fā)育，構(gòu)造應(yīng)力在圍巖裂隙內(nèi)產(chǎn)生卸壓擴(kuò)張破壞作用，致使冒漏區(qū)圍巖附近產(chǎn)生環(huán)形圍巖松動(dòng)圈。錨桿（索）支護(hù)僅可對(duì)局部破碎圍巖起到懸吊、組合拱（梁）作用，無法實(shí)現(xiàn)大面積破碎圍巖控制作用。對(duì)冒漏區(qū)圍巖采取合理有效的支護(hù)技術(shù)，對(duì)巷道安全快速掘進(jìn)具有重要作用[1-5]。

1 概述

晉能控股煤業(yè)集團(tuán)燕子山礦2603運(yùn)輸順槽位于306盤區(qū)，該巷道北部、南部均為實(shí)煤區(qū)，西部為306盤區(qū)大巷，對(duì)應(yīng)上部無采空區(qū)，同層沒有小窯采掘活動(dòng)。根據(jù)西一盤區(qū)采掘觀測(cè)資料，上覆侏羅系采空區(qū)與本層層間距200 m，掘進(jìn)期間不受上覆采空區(qū)影響。

2603運(yùn)輸順槽設(shè)計(jì)長度為2084 m，巷道掘進(jìn)斷面為寬×高=4.5 m×3.5 m。巷道掘進(jìn)煤層為石炭系5#煤層，煤層結(jié)構(gòu)復(fù)雜，厚度穩(wěn)定，煤層平均厚度為6.72 m，屬厚煤層，變異系數(shù)10.23%，系穩(wěn)定煤層。煤層大致走向東西，傾向北，傾角為1°。

2603工作面運(yùn)輸順槽已掘至780 m處，巷道掘至770 m處揭露一條F3逆斷層，斷層落差為1.8 m，傾角為42°。受F3斷層影響，巷道揭露斷層后頂板出現(xiàn)冒漏現(xiàn)象，冒漏深度達(dá)1.7 m。在冒漏區(qū)采用錨桿、錨索支護(hù)時(shí)頂板控制效果差，無法達(dá)到預(yù)期支護(hù)效果。

2 人工假頂支護(hù)技術(shù)

2.1 人工假頂施工工藝

為了保證巷道安全快速過F3斷層應(yīng)力區(qū)，提高冒漏區(qū)頂板穩(wěn)定性，決定對(duì)冒漏區(qū)采取人工假頂支護(hù)。

（1）掘進(jìn)巷道在過冒漏區(qū)時(shí)，對(duì)冒漏區(qū)頂板先采用錨桿、錨索進(jìn)行支護(hù)，頂板永久支護(hù)到位后再進(jìn)行人工假頂施工。人工假頂施工工序主要包括：錨索吊棚→鋪設(shè)道木→注漿填充等。

（2）冒漏區(qū)頂板永久支護(hù)施工完后，在冒漏區(qū)處施工錨索吊棚。每架錨索吊棚主要由3根長8.3 m、直徑21.8 mm錨索以及一根長4.2 m槽鋼組成，槽鋼上焊制三根直徑25 mm圓孔，孔間距為1.8 m。

（3）首先對(duì)冒漏區(qū)錨注錨索，每根錨索采用2支MSKC23/35型超快速錨固劑以及2支MSK23/60型快速錨固劑進(jìn)行聯(lián)合錨固。錨索攪拌時(shí)間為48 s，凝固時(shí)間為90 s，等待時(shí)間為480 s。錨索垂直頂板布置，同一排錨索中心線與巷幫垂直。

（4）錨索錨固后，保證錨索外露端超出巷道設(shè)計(jì)頂板位置0.3～0.4 m，然后在錨索外露端安裝槽鋼，并采用鎖具進(jìn)行緊固。槽鋼安裝后保證槽鋼平面與巷道設(shè)計(jì)頂板齊平。

（5）相鄰兩架錨索吊棚間距為1.0 m，每三架錨索吊棚為一組。第一組錨索吊棚施工完后，依次在錨索吊棚上方平鋪鋼筋網(wǎng)、風(fēng)筒布、道木、半圓木，如圖1所示。道木長度為2.5 m，半圓木長度為3.8 m。

圖1 2063運(yùn)輸順槽冒漏區(qū)人工假頂支護(hù)平、剖面示意圖（單位：mm）

（6）道木與半圓木成“井”型布置，直至道木與冒漏區(qū)頂板接觸嚴(yán)實(shí)，并使用張拉機(jī)具對(duì)鎖具進(jìn)行預(yù)緊，確保假頂牢固可靠。

（7）道木鋪設(shè)接頂后，采用注漿泵對(duì)假頂間隙處填充羅克休填充劑。該注漿材料具有膨脹率高、凝固速度快、阻燃效果好等優(yōu)點(diǎn)。

2.2 安全技術(shù)措施

為了保證人工假頂施工質(zhì)量及施工安全，假頂施工期間必須采取合理有效的安全技術(shù)措施。

（1）錨索吊棚施工前必須對(duì)頂板施工窺視孔，窺視孔深度不得低于5.0 m，窺視孔施工時(shí)必須準(zhǔn)確記錄鉆孔每段巖性情況，確保錨索錨固在穩(wěn)定巖體內(nèi)。

（2）吊棚錨索錨固后，確保錨索錨固力不低于470 kN，并進(jìn)行錨索拉拔試驗(yàn)。同一排三根錨索水平投影應(yīng)在同一條直線，且與巷幫垂直，錨索允許偏角控制3°以里。

（3）在進(jìn)行人工假頂施工時(shí)，由于巷道相對(duì)較高，為了保證施工安全，需在巷道內(nèi)搭設(shè)工作盤。工作盤采用直徑為300 mm原木進(jìn)行搭設(shè)，工作盤搭設(shè)長度為2.0 m，高度為1.8 m，工作盤搭設(shè)必須牢固可靠。

（4）人工假頂施工期間，若冒漏區(qū)頂板破碎嚴(yán)重?zé)o法及時(shí)控制時(shí)，需對(duì)冒漏區(qū)頂板采取注漿加固。注漿孔深度為5.0 m，每排布置2個(gè)注漿孔，注漿液采用馬麗散混合液。該注漿材料能夠快速滲透至破碎巖體裂隙內(nèi)并進(jìn)行充分粘接加固。

（5）在人工假頂處每隔10 m安裝一臺(tái)YHW300型頂板離層儀，安排專人進(jìn)行觀察。若人工假頂出現(xiàn)下沉且下沉量達(dá)0.3 m時(shí)，應(yīng)及時(shí)在假頂下方支設(shè)密集矩形鋼棚，鋼棚間距為1.0 m。

3 人工假頂優(yōu)點(diǎn)及應(yīng)用效果分析

3.1 人工假頂施工優(yōu)點(diǎn)

（1）施工工藝簡單。人工假頂施工工藝相對(duì)簡單且取材方便，與架棚、注漿等加固技術(shù)相比，人工假頂施工成本費(fèi)用低，勞動(dòng)強(qiáng)度低，而且可應(yīng)用于不同地質(zhì)條件的采掘工作面中，應(yīng)用范圍廣。

（2）支護(hù)效果好。與傳統(tǒng)矩形鋼棚支護(hù)相比，人工假頂支護(hù)斷面大，而且人工假頂對(duì)頂板蠕動(dòng)變形適應(yīng)性強(qiáng)，具有很好地讓壓支護(hù)效果，有效防止了傳統(tǒng)鋼性支護(hù)時(shí)頂板下沉變形后支護(hù)失效現(xiàn)象。

（3）防止瓦斯超限。2063運(yùn)輸順槽冒漏區(qū)最大高度達(dá)1.7 m，巷道預(yù)留頂煤厚度為3.2 m，若冒漏區(qū)采用傳統(tǒng)錨桿（索）支護(hù)，冒漏區(qū)很容易出現(xiàn)窩風(fēng)現(xiàn)象，在高溫氧化作用下很容易出現(xiàn)煤層自燃以及瓦斯積聚現(xiàn)象；而采用人工假頂技術(shù)后，對(duì)高冒區(qū)進(jìn)行充分填堵，有效防止了瓦斯積聚以及隔絕空氣對(duì)高冒區(qū)煤體氧化作用。

3.2 實(shí)際應(yīng)用效果分析

截至2020年5月18日，2063運(yùn)輸順槽已掘進(jìn)至840 m，完全通過了F3斷層應(yīng)力區(qū)，應(yīng)力區(qū)架設(shè)人工假頂長度為41 m。人工假頂施工完后，在假頂處頂板每隔15 m安裝一臺(tái)頂板下沉觀測(cè)儀，通過20 d觀察結(jié)果，如圖2所示。

圖2 人工假頂后2063運(yùn)輸順槽冒漏區(qū)頂板變形曲線圖

由圖2可知，2063運(yùn)輸順槽高冒區(qū)人工假頂施工完后，在0～8 d范圍內(nèi)頂板變形量呈直線上升，到第8 d頂板下沉量達(dá)290 mm。在該區(qū)段時(shí)間內(nèi)冒漏區(qū)圍巖蠕動(dòng)變形嚴(yán)重，導(dǎo)致頂板下沉量相對(duì)較大。在8～12 d范圍內(nèi)頂板下沉量逐漸降低，到12 d頂板下沉量為330 mm。在該區(qū)段時(shí)間內(nèi)，人工假頂對(duì)變形頂板起到耦合支護(hù)作用，有效控制了頂板下沉；在12 d后頂板下沉現(xiàn)象得到完全控制，頂板趨于穩(wěn)定。

4 結(jié)束語

燕子山礦掘進(jìn)管理部對(duì)2063運(yùn)輸順槽冒漏區(qū)采取人工假頂技術(shù)后，有效控制了冒漏區(qū)圍巖破碎、下沉現(xiàn)象，防止了冒漏區(qū)瓦斯積聚現(xiàn)象，保證了巷道安全快速過斷層應(yīng)力區(qū)，為其他采掘工作面過類似地質(zhì)構(gòu)造提供了實(shí)踐支護(hù)依據(jù)，取得了顯著應(yīng)用成效。