軟巖構(gòu)造破碎帶巷道支護(hù)實(shí)踐

趙 雷

（晉能控股煤業(yè)集團(tuán)野川煤礦， 山西 高平 048400）

1 野川煤礦3205 輔助運(yùn)輸巷概況

晉能控股煤業(yè)集團(tuán)野川煤礦3205 輔助運(yùn)輸巷位于井田中東部，東邊為原喬家溝煤礦3310 采空區(qū)，南邊為設(shè)計(jì)三采區(qū)膠帶運(yùn)輸巷，北邊0～260 m 段為集中回風(fēng)巷，260～830 m 段為原柳樹(shù)底煤礦老采破壞區(qū)，其余段均為實(shí)體煤，西邊為原集中輔運(yùn)巷。

3205 輔助運(yùn)輸巷設(shè)計(jì)長(zhǎng)度為1580 m，巷道設(shè)計(jì)斷面規(guī)格為寬×高=5.0 m×3.4 m，巷道掘進(jìn)煤層為3 號(hào)煤層，煤層傾角0°～6°，平均煤厚約5.3 m，局部含夾矸，夾矸厚度約0～0.3 m。煤層頂?shù)装鍘r性如表1 所示。

表1 3 號(hào)煤層頂?shù)装鍘r性匯總表

3205 輔助運(yùn)輸巷掘進(jìn)至450 m 處揭露一條F2斷層，斷層落差為3.4 m，傾角為49°，受斷層影響巷道掘進(jìn)至434 m 處時(shí)頂板出現(xiàn)破碎現(xiàn)象，且伴隨著局部冒漏，隨著巷道延伸巷道掘進(jìn)至438 m 處頂板出現(xiàn)冒漏，且兩幫出現(xiàn)片幫、收斂等現(xiàn)象，嚴(yán)重威脅著巷道安全快速掘進(jìn)。

2 巷道原支護(hù)設(shè)計(jì)及問(wèn)題分析

2.1 原頂板支護(hù)設(shè)計(jì)

3205 輔助運(yùn)輸順槽掘進(jìn)期間頂板主要采用錨桿索聯(lián)合支護(hù)，具體支護(hù)設(shè)計(jì)如下：

1）頂、幫均采用Φ22 mm×2500 mm 型高強(qiáng)度螺紋鋼錨桿，采用150 mm×150 mm×10 mm 鋼板壓制穹形托盤(pán)，配合高強(qiáng)托盤(pán)調(diào)心球墊和尼龍墊圈。頂錨桿間排距為1100 mm、1000 mm，巷道幫距兩邊頂錨桿均為300mm。幫錨桿間排距為1200mm、1000mm，巷道幫上邊錨桿距頂300 mm，巷道幫下邊錨桿距底300 mm[1-2]。

2）頂板錨索采用采用Φ22 mm×7300 mm 的1×19 股鋼絞線(xiàn)，采用300 mm×300 mm×16 mm 穹形多功能鋼板托盤(pán)，錨索采用“二、二”布置，間排距2000 mm×2000 mm，錨索距兩幫分別為1500 mm。

3）頂錨桿每孔均采用MSZ2360 和MSK2360 樹(shù)脂錨固劑各1 卷進(jìn)行錨固，幫錨桿每孔均采用MSZ2360 和MSK2335 樹(shù)脂錨固劑各1 卷進(jìn)行錨固，錨固方式為端錨。錨索每孔均采用2 卷MSZ2360 和1 卷MSK2360 樹(shù)脂錨固劑（長(zhǎng)600 mm）進(jìn)行錨固，錨固方式為端錨。

2.2 原支護(hù)設(shè)計(jì)主要存在的問(wèn)題

1）圍巖破碎嚴(yán)重：3205 輔助運(yùn)輸巷受斷層影響，破壞了原巖穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致圍巖穩(wěn)定性差，整體成破碎狀，頂板無(wú)法形成承載梁結(jié)構(gòu)；同時(shí)頂板破碎后構(gòu)造應(yīng)力在破碎圍巖內(nèi)進(jìn)行釋放，造成圍巖產(chǎn)生裂隙擴(kuò)張破壞作用，進(jìn)一步加劇了圍巖破壞力度。

2）支護(hù)效果差：原頂板主要采用錨桿（索）聯(lián)合支護(hù)，錨桿長(zhǎng)度為2.5 m，而頂板破碎后圍巖內(nèi)產(chǎn)生松動(dòng)圈，松動(dòng)圈擴(kuò)散范圍至錨桿錨固段時(shí)，導(dǎo)致錨桿錨固失效現(xiàn)象嚴(yán)重，從而降低錨桿支護(hù)效果[3]。

3）應(yīng)力超前破壞現(xiàn)象：巷道在掘進(jìn)過(guò)程中有受構(gòu)造應(yīng)力、圍巖重力以及巷道掘進(jìn)應(yīng)力等多重應(yīng)力作用，巷道前方煤體出現(xiàn)超前破碎現(xiàn)象，而原頂板支護(hù)無(wú)法實(shí)現(xiàn)超前支護(hù)目的，導(dǎo)致巷道掘進(jìn)時(shí)工作面迎頭煤體垮落嚴(yán)重，頂板空頂距達(dá)1.7 m，圍巖著巷道安全掘進(jìn)。

3 破碎帶聯(lián)合支護(hù)設(shè)計(jì)

為了防止3205 輔助運(yùn)輸順槽過(guò)構(gòu)造應(yīng)力區(qū)時(shí)發(fā)生頂板垮落事故，決定對(duì)破碎區(qū)頂板采取“注漿超前加固+JW 型錨棚+超前管棚”等聯(lián)合支護(hù)技術(shù)。

3.1 注漿超前加固

為了提高頂板承載能力，實(shí)現(xiàn)對(duì)破碎頂板進(jìn)行二次重組，決定對(duì)破碎區(qū)頂板進(jìn)行超前注漿加固。

1）首先在掘進(jìn)巷道迎頭煤壁上施工一排超前注漿鉆孔，采用手持式鉆機(jī)配合直徑為50 mm 合金鋼鉆頭進(jìn)行施工，鉆孔開(kāi)口位置距頂板間距為2.0 m，鉆孔布置間距為2.0 m，鉆孔布置仰角為60°，鉆孔深度為5 m。

2）注漿鉆孔施工完后對(duì)鉆孔內(nèi)依次埋入注漿軟管，并在鉆孔孔口處安撞封孔器，然后將注漿軟管另一端與專(zhuān)用注漿泵進(jìn)行連接。

3）待以上所有工序完成后開(kāi)啟注漿泵對(duì)鉆孔進(jìn)行注漿施工，注漿液采用馬麗散漿液，注漿時(shí)先高壓后低壓，單孔注漿時(shí)間不得低于15 min，注漿過(guò)程中迎頭煤體出現(xiàn)漿液滲出時(shí)及時(shí)停止注漿。

3.2 JW 型錨棚支護(hù)

為了提高破碎區(qū)頂板支護(hù)強(qiáng)度，防止因錨桿支護(hù)效果差導(dǎo)致頂板出現(xiàn)垮落現(xiàn)象，決定對(duì)應(yīng)力區(qū)頂板施工JW 型錨棚支護(hù)。

1）JW 型錨棚主要由長(zhǎng)度為4.0 m、寬度為0.32 m、厚度為4 mmJW 型鋼梁以及3 根長(zhǎng)度為8.3 m，直徑為21.8 mm 恒阻錨索組成；JW 型鋼梁上均勻布置3個(gè)直徑為25 mm 錨索支護(hù)孔；JW 型鋼梁最大承載強(qiáng)度為850 MPa。

2）3205 輔助運(yùn)輸順槽掘進(jìn)至450 m 處時(shí)對(duì)頂板施工JW 型錨索梁棚，JW 型錨棚布置排距為2.0 m。

3.3 超前管棚支護(hù)

為了防止應(yīng)力對(duì)巷道掘進(jìn)區(qū)域產(chǎn)生超前破壞作用，決定對(duì)巷道前方施工超前管棚支護(hù)。

1）巷道在掘進(jìn)前采用手持式鉆機(jī)對(duì)巷道設(shè)計(jì)頂板位置施工一排垂直超前支護(hù)孔，如圖1 所示，孔間距為0.5 m，共計(jì)施工8 個(gè)支護(hù)孔，孔深為4.0 m、直徑為40 mm，支護(hù)孔允許上下偏角為3°。

圖1 3205 輔助運(yùn)輸巷破碎區(qū)頂板聯(lián)合支護(hù)示意圖（單位：mm）

2）超前支護(hù)孔施工完后對(duì)孔內(nèi)填塞超前支護(hù)體，支護(hù)體主要由無(wú)縫中空鋼管制成，支護(hù)體長(zhǎng)度為4.2 m、直徑為38 mm，超前支護(hù)施工完后巷道方可繼續(xù)掘進(jìn)，當(dāng)巷道掘進(jìn)3.0 m 后施工第二排超前支護(hù)，相鄰兩排支護(hù)交錯(cuò)疊加布置。

4 結(jié)語(yǔ)

截止2020 年8 月23 日3205 輔助運(yùn)輸順槽已掘進(jìn)至500 m，巷道已完全過(guò)F2 斷層影響區(qū)，通過(guò)對(duì)原巷道頂板支護(hù)設(shè)計(jì)主要存在的問(wèn)題進(jìn)行分析，并根據(jù)掘進(jìn)現(xiàn)狀提出了合理有效的聯(lián)合支護(hù)技術(shù)，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際應(yīng)用效果來(lái)看，采取聯(lián)合支護(hù)技術(shù)后有效控制巷道頂板破碎、斷裂、下沉現(xiàn)象，頂板下沉量控制在0.14 m 以下，保證了巷道安全快速掘進(jìn)，取得了顯著應(yīng)用成效。