掘進巷道遇頂板破碎段支護技術(shù)研究

侯文梓

（山西汾西正令煤業(yè)有限責(zé)任公司，山西 孝義 032300）

引言

確保巷道圍巖穩(wěn)定是實現(xiàn)煤炭安全高效開采的基礎(chǔ)[1]。隨著礦井采掘深度增加，巷道掘進期間受地質(zhì)構(gòu)造影響更為顯著，當(dāng)掘進巷道遇頂板破碎段時，往往面臨頂板下沉量大、冒頂?shù)蕊L(fēng)險，給巷道正常使用帶來制約[2-3]。對于頂板破碎段，采用常規(guī)的錨網(wǎng)索支護方式往往難以有效控制圍巖變形，因此如何控制破碎段圍巖成為此類地質(zhì)情況下巷道圍巖控制需要解決的現(xiàn)實問題。本文以山西某礦2306運輸巷掘進遇頂板破碎段為工程實例，提出采用超前支護、二次支護相結(jié)合方式支護圍巖，現(xiàn)場取得較好的應(yīng)用效果。

1 2306運輸巷概況

1.1 地質(zhì)概況

2306工作面位于2采區(qū)西側(cè)，采面設(shè)計走向長度3 025 m、傾向226 m，2306運輸巷沿著3號煤層底板掘進，巷道設(shè)計掘進長度3 078 m。2306工作面采3號煤層，煤層平均厚度2.1 m、傾角3°～6°，煤層直接頂、基本頂分別為泥巖、粉砂巖，直接底及基本底分別為炭質(zhì)泥巖、砂質(zhì)泥巖。

根據(jù)三維地質(zhì)資料以及鄰近采面回采巷道掘進及回采揭露顯示，在2306運輸巷掘進過程中會揭露有DF15、DF21等多條斷層，在斷層影響下局部區(qū)域頂板破碎。在頂板破碎帶直接頂破碎厚度約為500 mm。

1.2 巷道原有支護參數(shù)

2306運輸巷斷面為矩形（凈寬5.2 m、凈高2.8 m），圍巖控制采用錨網(wǎng)索方式，其中頂板、巷幫錨桿規(guī)格為Φ20 mm×2 500 mm，頂板錨桿按照850 mm間距、1 000 mm排距布置，巷幫錨桿按照1 000 mm間距、1 000 mm排距布置；頂錨索規(guī)格為Φ17.8 mm×10 300 mm，按照1 700 mm間距、2 000 mm排距布置。頂板及巷幫均采用塑鋼網(wǎng)護表。

2 頂板破碎段圍巖支護設(shè)計

2.1 圍巖支護理念

在頂板破碎段巷道圍巖支護采用超前支護+二次支護結(jié)合相結(jié)合方式進行圍巖控制?，F(xiàn)階段礦井使用的超前支護一般可細(xì)分為2類，具體包括超前錨桿（錨索）支護、注漿錨桿（錨索）支護，對于頂板破碎段通過使用超前支護可降低巷道掘進期間頂板位移量。二次支護是巷道圍巖在巷道掘進、回采等影響下出現(xiàn)圍巖變形量過大問題時，為控制圍巖變形采用的針對頂板、巷幫以及幫角等位置使用的補強支護措施。

2.2 超前支護方案

依據(jù)2306運輸巷掘進過頂板破碎段現(xiàn)場實際情況，為確保巷道掘進開挖期間破碎頂板穩(wěn)定，通過組合梁以及圍巖補強理論，對巷道掘進迎頭未開挖段進行超前支護，通過在掘進仰頭布置超前錨桿提高超前支護段內(nèi)破碎頂板承載能力以及穩(wěn)定性。依據(jù)現(xiàn)場實際情況并結(jié)合有關(guān)研究成果，在2306運輸巷迎頭布置的超前錨桿斜插角為30°，超前錨桿規(guī)格為Φ20 mm×2 500 mm，錨桿按照2 000 mm排距布置，每排布置3～4根超前錨桿，2306運輸巷迎頭超前錨桿具體布置情況如圖1所示。超前錨桿錨固采用2支M SK2335錨固劑，有效錨固長度控制在700 mm以上，錨桿施工完成后預(yù)先施加的預(yù)緊力控制在150 kN以上。

在頂板破碎段采用錨桿進行超前支護時，先采用ZYC2X800/21/30超前支架對迎頭破碎頂板進行支護，在臨時支護支架掩護下在迎頭向頂板按照30°仰角施工超前錨桿，并應(yīng)確保超前錨桿與破碎頂板巖體有效結(jié)合。為提高超前錨桿破碎頂板控制效果，應(yīng)嚴(yán)格按照要求控制頂板錨桿長度，并提高錨固劑錨固效果。

圖1 頂板破碎段超前支護示意圖

2.3 二次支護

在巷道掘進至頂板破碎段時，在原有錨網(wǎng)索支護方案基礎(chǔ)上進行二次補強支護，提高圍巖整體支護強度。具體二次補強支護設(shè)計方案如圖2所示。

圖2 二次補強支護示意圖

在二次補強支護方案施工前，先對頂板、巷幫塑鋼網(wǎng)鼓包進行處理，為確保二次補強支護效果，具體補強支護參數(shù)可依據(jù)現(xiàn)場情況調(diào)整。在2306運輸巷破碎頂板段煤柱幫二次支護時，靠近底板幫角采用金屬錨桿（規(guī)格為Φ20 mm×2 500 mm）補強支護，巷幫則采用3根錨索（Φ17.8 mm×5 300 mm）補強支護，補強錨索間排距分別為700 mm、1 000 mm；煤墻側(cè)則使用錨桿（規(guī)格為Φ20 mm×2 500 mm）補強支護，巷幫補強錨索施工完成后施加的預(yù)緊力控制在100 kN以上。頂板采用錨索補強、具體錨索規(guī)格為Φ17.8 mm×10 300 mm，錨索間排距均為2 000 mm，張緊力控制在200 kN以上，補強錨索間采用W鋼帶連接。

3 圍巖控制效果分析

在2306運輸巷在頂板破碎段范圍內(nèi)掘進時，通過采用超前支護、二次支護方式可對頂板破碎巖體進行有效控制，巷道在掘進期間未出現(xiàn)漏頂情況。通過采用超前錨桿可確保破碎頂板在巷道掘進期間不出現(xiàn)掉落問題，在頂板破碎段掘進期間巷道掘進進尺與頂板正常段保持一致，掘進進尺日均可達到5.0 m。

對頂板破碎段支護完成后巷道圍巖變形情況進行監(jiān)測，具體監(jiān)測內(nèi)容主要為頂板巖層離層量。在超前支護段以及非超前支護段分別布置測點，對頂板上覆3 m、8 m位置頂板離層情況進行監(jiān)測，離層監(jiān)測使用GYW300離層傳感器，監(jiān)測周期為48 d，具體監(jiān)測獲取到的頂板離層參數(shù)如圖3所示。

圖3 頂板離層監(jiān)測曲線

從圖3中看出，在未超前支護區(qū)，巷道掘進開挖之后頂板出現(xiàn)明顯的離層情況，錨桿、錨索以及金屬網(wǎng)等支護方式難以起到較好的支護作用，淺部區(qū)域巖體離層量可達到20 mm以上、深部區(qū)域頂板離層量可達到8 mm以上，頂板巖層離層量過大會導(dǎo)致錨桿支護體系失效，嚴(yán)重時甚至出現(xiàn)頂板大范圍冒落問題。

在對頂板進行超前支護段，頂板淺部位移量僅為10 mm，為非超前支護段的50%；深度區(qū)域離層量為3 mm，為非超前支護段的42%，頂板離層量整體較小?，F(xiàn)場頂板離層量監(jiān)測結(jié)果表明，將超前錨桿、二次支護相結(jié)合的圍巖支護方案可有效應(yīng)對頂板破碎段圍巖變形量大、頂板控制困難等問題。

4 結(jié)論

1）2306運輸巷掘進期間會揭露有頂板破碎段，在頂板破碎段內(nèi)巷道圍巖控制面臨頂板下沉大、頂板冒落以及圍巖支護困難等問題。為確保頂板破碎段圍巖支護效果，提出采用超前錨桿對破碎段頂板進行超前支護，確保巷道掘進期間破碎頂板穩(wěn)定，后采用二次支護方式提高破碎段圍巖支護體系強度。

2）依據(jù)2306運輸巷現(xiàn)場實際情況，對頂板破碎段超前支護以及二次支護方案進行設(shè)計，現(xiàn)場應(yīng)用后，巷道在頂板破碎段范圍內(nèi)掘進時未出現(xiàn)頂板冒落、圍巖變形量過大問題。現(xiàn)場監(jiān)測頂板淺部、深部離層量分別為10 mm、3 mm，頂板離層量整體較小，本文提出的頂板破碎段支護方案取得較好應(yīng)用成果。