下山斜巷過陷落柱區(qū)支護(hù)技術(shù)應(yīng)用

彭海巍

（晉能控股煤業(yè)集團(tuán)永豐煤礦， 山西 晉城 048000）

1 斜巷概述

晉能控股煤業(yè)集團(tuán)永豐煤礦皮帶斜巷，位于軌道斜巷以東，與軌道斜巷間距中至中30 m，該巷道自3 號煤皮帶大巷136.9 m 處變坡掘進(jìn)，保持方位角196°掘進(jìn)，地面位置位于西郜村西南部。

皮帶斜巷設(shè)計長度為380 m，巷道拱形斷面，巷道寬度為4.4 m、高度為3.8 m；巷道在0～150 m 段掘進(jìn)坡度-12°，105～380 m 段掘進(jìn)坡度-9°30′；巷道掘進(jìn)煤層為3 號煤層，位于山西組底部，為低灰—中灰、特低—低揮發(fā)分、特低硫—低硫、中高—高固定碳、高熱值—特高熱值無煙煤。下距9 號煤平均43.49 m，煤層厚度5.00～6.60 m，平均6.04 m，結(jié)構(gòu)簡單，無夾矸。頂板為泥巖或砂質(zhì)泥巖，局部為細(xì)粒砂巖。底板巖性為泥巖或砂質(zhì)泥巖，局部細(xì)粒砂巖、粉砂巖，為全區(qū)穩(wěn)定可采的煤層。井田西部3 號煤層有剝蝕現(xiàn)象，東南邊界處有風(fēng)氧化現(xiàn)象。

皮帶斜巷下山掘進(jìn)至25 m 處揭露一條X7 陷落柱，陷落柱長軸長為59 m，短軸長為27 m，皮帶斜巷與陷落柱長軸夾角為21°。該陷落柱對巷道影響長度為44 m，陷落柱腔體內(nèi)以炭質(zhì)泥巖、3 號煤層及細(xì)砂巖為主，煤巖體無穩(wěn)定層結(jié)構(gòu)，穩(wěn)定性差，巷道掘進(jìn)至29 m 處時頂板破碎嚴(yán)重且伴隨著冒漏現(xiàn)象。

2 巷道原支護(hù)設(shè)計及問題

2.1 原巷道支護(hù)設(shè)計

1）原巷道頂板主要采用錨桿、M 型鋼帶、錨索、金屬網(wǎng)進(jìn)行聯(lián)合支護(hù)，頂板每排布置7 根錨桿，長度為2.4 m，錨桿與長度為5.6 m 鋼帶配合使用，鋼帶布置間距為1.0 m；頂板每掘進(jìn)2.0 m 布置一組單錨索，錨索長度為6.3 m，直徑為17.8 mm，錨索布置間距為3.0 m；頂板金屬網(wǎng)采用14 號鉛絲編制而成的棱形網(wǎng)格網(wǎng)，每卷網(wǎng)長度為2.4 m、寬度為1.2 m。

2）皮帶斜巷兩幫采用單錨桿支護(hù)，共計布置三排，第一排布置在距拱基線0.5 m 處，布置排間距為1.0 m，巷幫錨桿長度為2.0 m，直徑為18 mm。

2.2 主要問題

當(dāng)皮帶斜巷過陷落柱區(qū)時，受應(yīng)力作用巷道頂板及兩幫出現(xiàn)嚴(yán)重破碎現(xiàn)象，降低了巷道圍巖整體穩(wěn)定性，特別是頂板巖體在應(yīng)力作用下出現(xiàn)破碎、斷裂現(xiàn)象，在圍巖內(nèi)形成松動圈，而錨桿（索）主要通過錨固及施加預(yù)應(yīng)力達(dá)到支護(hù)作用，在破碎巖體內(nèi)錨桿（索）支護(hù)效果差；同時巷道在下山掘進(jìn)過程中預(yù)留頂煤，當(dāng)頂板出現(xiàn)斷裂破碎時，頂煤高度裂隙發(fā)育，頂板承載能力降低，且伴隨著有害氣體向掘進(jìn)空間釋放。

3 “噴漿+架棚”聯(lián)合加強(qiáng)支護(hù)技術(shù)

為了進(jìn)一步提高巷道頂板整體穩(wěn)定性，抑制破碎煤巖體氧化作用[1]，決定對巷道過構(gòu)造區(qū)期間采取“噴漿+架棚”聯(lián)合加強(qiáng)支護(hù)技術(shù)。

3.1 架棚施工

1）采用U29 型鋼棚進(jìn)行構(gòu)造區(qū)的頂板加強(qiáng)支護(hù)，U29 型鋼棚由棚腿、頂梁、卡纜等部分組成，其中有兩節(jié)棚腿、三節(jié)頂梁及若干個卡纜，每節(jié)棚腿長度為1.8 m，兩節(jié)頂梁弧長為1.566 m，一節(jié)中部頂梁弧長為4.725 m，如圖1 所示。

圖1 皮帶斜巷U29 型鋼棚支護(hù)斷面示意圖（單位：mm）

2）U29 型鋼棚安裝順序為：安裝棚腿→安裝頂梁→安裝連接桿等，在安裝棚腿規(guī)程中必須保證同一架鋼棚連根棚腿在同一水平線上。為了提高棚腿穩(wěn)定性，采用U 型卡纜將棚腿固定在巷幫上；棚腿與頂梁及頂梁與頂梁之間對接安裝時，插接長度不得低于200 mm。

3）U29 型鋼棚架設(shè)：架設(shè)間距為0.7 m，鋼棚安裝后必須保證弧形頂梁與拱形頂板接觸嚴(yán)實，若頂梁與頂板存在間隙高度達(dá)0.3 m 時，必須采用水泥背板填充[2]。

3.2 噴漿施工

皮帶斜巷U29 型鋼棚支護(hù)完成后，要及時進(jìn)行噴砼支護(hù)，及時封閉煤幫，初噴緊跟迎頭，復(fù)噴滯后30～50 m，以后依次進(jìn)行。

1）噴砼干料的拌制在井口由JZC-350 攪拌機(jī)進(jìn)行，按配比要求經(jīng)攪拌機(jī)攪拌均勻后經(jīng)井筒內(nèi)下料管運(yùn)至井底，裝入礦車后運(yùn)送至距離工作面30～50 m。

2）砼干料經(jīng)礦車運(yùn)至工作面附近噴射機(jī)處，人工用鐵鍬將砼干料、速凝劑送入噴射機(jī)，噴射砼開機(jī)順序為開風(fēng)→開水→開噴射機(jī)→下料→噴射；噴射機(jī)停機(jī)順序為干料全部噴出后→停噴射機(jī)→停水→停風(fēng)。

3）為使噴射更均勻，嚴(yán)格按照規(guī)范操作順序，噴射的方式采用砼按約300 mm 的螺旋形噴射，料束以一圈壓半圈從左到右（或反之）作橫向移動。按噴射順序為先墻后拱，自下向上進(jìn)行，先凹后凸的順序從上往下進(jìn)行噴射作業(yè)。噴槍頭與受噴面應(yīng)盡量保持垂直。

4）噴槍頭與受噴面的垂直距離以0.8～1.0 m 為宜。噴射時，噴漿機(jī)的供風(fēng)壓力在0.4 MPa，水壓應(yīng)比風(fēng)壓高0.1 MPa 左右，加水量憑噴射手的經(jīng)驗加以控制，最合適的水灰比是0.4～0.5。噴射過程中應(yīng)根據(jù)出料量的變化，及時調(diào)整給水量，保證水灰比準(zhǔn)確。要使噴射的濕混凝土無干斑、無流淌、黏著力強(qiáng)、回彈料少，一次噴射混凝土厚度宜為50～70 mm[3-5]。

4 結(jié)語

截至2020 年4 月17 日，皮帶斜巷已掘進(jìn)165 m，已完全過陷落柱影響區(qū)。通過對陷落柱區(qū)采取“噴漿+架棚”聯(lián)合加強(qiáng)支護(hù)后，有效控制了構(gòu)造區(qū)圍巖斷裂、破碎及下沉變形現(xiàn)象，大大提高了頂板穩(wěn)定性。通過對構(gòu)造區(qū)圍巖進(jìn)行15 d 現(xiàn)場觀察發(fā)現(xiàn)，通過對圍巖采取噴漿后抑制了圍巖氧化現(xiàn)象，強(qiáng)化了圍巖表層穩(wěn)定性，防止在應(yīng)力作用圍巖表層出現(xiàn)錯動斷裂現(xiàn)象，通過對構(gòu)造區(qū)安裝U29 型鋼棚后，大大提高了頂板及兩幫抗載荷能力，有效防止了頂板垮落事故發(fā)生。