軟巖巷道破碎區(qū)聯(lián)合支護(hù)技術(shù)

齊海軍

（晉能控股煤業(yè)集團(tuán)挖金灣虎龍溝煤業(yè)公司， 山西 朔州 038300）

1 51505 巷概況

晉能控股煤業(yè)集團(tuán)挖金灣虎龍溝煤業(yè)公司51505 巷位于井田東盤區(qū)，巷道東部為實(shí)煤區(qū)，南部與盤區(qū)東軌道大巷相接，西部鄰近81503 工作面采空區(qū)，北部鄰近塔山煤礦二盤區(qū)。上覆實(shí)體巖層，下覆8號(hào)層為實(shí)體煤，未開采。

51505 巷掘進(jìn)長度為1 505 m，巷道斷面規(guī)格為寬×高=4.5 m×3.5 m，巷道掘進(jìn)煤層為3 號(hào)與5 號(hào)合并煤層，平均厚度為12.73 m，平均傾角為4°，煤層上部被火成巖順層侵蝕，中間夾9～12 層夾石（累計(jì)厚為3.38～3.81 m），煤層結(jié)構(gòu)復(fù)雜，厚度變化穩(wěn)定，對(duì)回采影響較大，煤層普氏硬度為4.5。煤層頂?shù)装鍘r性如表1 所示。

表1 51505 巷掘進(jìn)3 號(hào)與5 號(hào)合并煤層頂?shù)装鍘r性

51505 巷沿3 號(hào)與5 號(hào)合并煤層底板掘進(jìn)，巷道采用綜合機(jī)械化掘進(jìn)工藝，截至目前巷道已掘進(jìn)500 m。

2 巷道掘進(jìn)現(xiàn)狀及圍巖破碎機(jī)理

2.1 巷道掘進(jìn)現(xiàn)狀

51505 巷掘進(jìn)至492 m 處揭露一條正斷層F6，斷層從81503 工作面采空區(qū)側(cè)延伸至巷道內(nèi)，斷層與巷道夾角為62°，斷層落差為1.8 m，傾角為54°，巷道揭露斷層后圍巖破碎嚴(yán)重，頂板中部出現(xiàn)斷裂、下沉現(xiàn)象，原巷道頂板主要采用錨桿（索）聯(lián)合支護(hù)，巷道掘進(jìn)斷層后原支護(hù)效果差，主要表現(xiàn)在支護(hù)鉆孔施工難度大、成孔率低；錨固劑安裝難度大、安裝不到位；錨桿（索）錨固質(zhì)量差，部分出現(xiàn)錨固失效現(xiàn)象，從而導(dǎo)致巷道頂板出現(xiàn)嚴(yán)重失穩(wěn)現(xiàn)象，巷道掘進(jìn)至498 m處出現(xiàn)局部冒漏現(xiàn)象。

2.2 圍巖破碎機(jī)理

1）掘進(jìn)煤層穩(wěn)定性差：51505 巷掘進(jìn)煤層為3 號(hào)與5 號(hào)合并煤層，屬于石炭系煤層，煤層內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，煤體內(nèi)含多層以碳質(zhì)泥巖為主的夾矸，夾矸導(dǎo)致煤體整體穩(wěn)定性降低，巷道在掘進(jìn)時(shí)受應(yīng)力影響，工作面迎頭煤柱無法形成穩(wěn)定的承載梁結(jié)構(gòu)，對(duì)頂支撐效果差，造成頂板破碎現(xiàn)象。

2）掘進(jìn)工藝影響：51505 巷掘進(jìn)煤層平均厚度為12.73 m，巷道沿3 號(hào)與5 號(hào)合并煤層底板進(jìn)行掘進(jìn)，巷道高度為3.5 m，留頂煤厚度為9.23 m，巷道掘進(jìn)后破壞煤體力學(xué)結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致頂煤承載強(qiáng)度低，頂煤穩(wěn)定性差。

3）集中應(yīng)力影響：51505 巷掘進(jìn)至490 m 處進(jìn)入集中應(yīng)力區(qū)，分別受81503 工作面采空區(qū)殘余應(yīng)力及F6 斷層應(yīng)力影響，巷道掘進(jìn)后頂煤及迎頭煤體出現(xiàn)裂隙帶，應(yīng)力在裂隙帶內(nèi)進(jìn)行釋放卸壓，從而對(duì)煤體產(chǎn)生剪切破壞作用。

4）支護(hù)效果差：51505 巷在掘進(jìn)期間由于受集中應(yīng)力影響后，頂煤出現(xiàn)破碎現(xiàn)象，且局部出現(xiàn)離層，特別是頂板在夾矸處出現(xiàn)嚴(yán)重離層，而錨桿（索）支護(hù)時(shí)主要利用錨固劑錨固作用固定在頂板上，而頂板破碎后錨桿（索）支護(hù)孔孔壁巖體破碎嚴(yán)重，局部出現(xiàn)塌孔，導(dǎo)致錨固劑在孔內(nèi)錨固效果差，造成錨桿（索）支護(hù)質(zhì)量差，起不到預(yù)期支護(hù)作用。

3 巷道破碎區(qū)聯(lián)合支護(hù)技術(shù)

為了保證51505 巷快速通過應(yīng)力破碎區(qū)，必須從提高頂煤整體穩(wěn)定性及削弱頂板應(yīng)力兩方面著手，所以決定對(duì)破碎區(qū)頂板采取注漿錨索支護(hù)，并對(duì)頂板施工桁架錨桿支護(hù)[1-3]。

3.1 注漿錨索支護(hù)

3.1.1 存在問題

1）注漿支護(hù)與錨桿（索）支護(hù)無法同步施工，單一的注漿工序復(fù)雜，勞動(dòng)作業(yè)強(qiáng)度大，對(duì)采掘工作面生產(chǎn)影響大。

2）注漿支護(hù)前同樣需對(duì)頂板施工注漿鉆孔，從而導(dǎo)致破碎區(qū)頂板支護(hù)鉆孔數(shù)量多，支護(hù)鉆孔施工時(shí)對(duì)不穩(wěn)定巖體產(chǎn)生嚴(yán)重?cái)_動(dòng)破壞作用，加劇頂板破碎力度。

3.1.2 注漿錨索支護(hù)原理

注漿錨索主要實(shí)現(xiàn)錨索支護(hù)與注漿支護(hù)同步施工，首先對(duì)頂板錨注注漿錨索，注漿錨索采用特制中空錨索，錨索安裝后對(duì)錨索外露端安裝托盤并預(yù)緊，然后利用注漿軟管、注漿泵對(duì)錨索中部孔進(jìn)行加壓注漿，漿液沿孔壁裂隙巖體滲透，對(duì)破碎巖體進(jìn)行填充黏結(jié)；注漿錨索支護(hù)最大的優(yōu)點(diǎn)是減少了破碎頂板鉆孔施工數(shù)量，簡(jiǎn)化了支護(hù)工序，縮短了支護(hù)時(shí)間及降低了頂板支護(hù)勞動(dòng)作業(yè)強(qiáng)度。

3.1.3 支護(hù)工藝

1）首先采用液壓錨索鉆機(jī)在頂板施工3 個(gè)錨索支護(hù)孔，孔間距為2.0 m，每排施工3 個(gè)，鉆孔間距為2.0 m、排距為3.0 m，中部鉆孔垂直頂板布置，兩邊鉆孔分別與兩幫以75°夾角布置，鉆孔深度為8.0 m、直徑為30 mm。

2）注漿錨索鉆孔施工完后，對(duì)鉆孔內(nèi)安裝一根注漿錨索，其長度為8.0 m、直徑為25 mm，錨索中部孔直徑為12 mm，注漿錨索主要由止?jié){塞、注漿管（剛性、柔性）、出漿孔、芯桿等部分組成，如圖1 所示。

圖1 中空注漿錨索結(jié)構(gòu)示意圖

3）中空注漿錨索錨固后，在錨索內(nèi)部安裝注漿管，注漿管與注漿泵連接，進(jìn)行高壓注漿施工，注漿液采用馬麗散與催化劑以一定比例混合，注漿壓力控制在3.5 MPa 左右。

3.2 桁架錨桿支護(hù)

傳統(tǒng)的錨桿（索）支護(hù)雖然能夠?qū)敯鍘r體起到有效支護(hù)作用，錨桿（索）支護(hù)時(shí)主要利用組合梁（拱）支護(hù)作用，但是當(dāng)頂板出現(xiàn)應(yīng)力作用時(shí)，采用單一的錨桿（索）支護(hù)時(shí)，無法削弱頂板應(yīng)力，應(yīng)力持續(xù)作用很容易導(dǎo)致錨桿（索）支護(hù)“疲勞”現(xiàn)象，降低頂板支護(hù)效果，所以決定對(duì)51505 巷破碎頂板施工桁架錨桿支護(hù)。

3.2.1 桁架錨桿支護(hù)原理

桁架錨桿支護(hù)與傳統(tǒng)單錨桿支護(hù)不同，每架桁架錨桿由兩根錨桿和桁架拉桿及張拉器等部分組成，桁架錨桿對(duì)稱布置，兩根錨桿與頂板存在斜角，兩根錨桿錨固后，在其外露端安裝張拉器并對(duì)錨桿進(jìn)行張拉，錨桿張拉過程中桿體對(duì)鉆孔壁產(chǎn)生作用力，兩個(gè)鉆孔作用力的合力垂直向上，從而實(shí)現(xiàn)削弱頂板垂直應(yīng)力的作用。

3.2.2 桁架錨桿支護(hù)工藝

1）桁架錨桿支護(hù)孔施工在相鄰兩根鋼帶之間的空頂處，每組布置兩個(gè)鉆孔，鉆孔間距為2.5 m、深度為2.0 m、直徑為22 mm，鉆孔與頂板布置的夾角為 70°。

2）桁架錨桿支護(hù)孔施工完后，對(duì)鉆孔內(nèi)錨注兩根長度為2.0 m、直徑為22 mm 錨桿，錨桿安裝后在其外露端各安裝一根長度為1.3 m、直徑為16 mm 圓鋼拉桿，在兩根圓鋼拉桿端頭安裝張拉器對(duì)其進(jìn)行張拉預(yù)緊。桁架錨桿支護(hù)布置排距為3.0 m。

4 結(jié)論

1）采用注漿錨索支護(hù)后既實(shí)現(xiàn)了錨桿（索）錨固支護(hù)作用，又實(shí)現(xiàn)了注漿加固支護(hù)作用，縮短了頂板支護(hù)工期，加強(qiáng)了頂板穩(wěn)定性。

2）采用桁架錨桿支護(hù)后彌補(bǔ)了破碎頂板單錨桿支護(hù)的不足，降低了頂板垂直應(yīng)力作用。

3）實(shí)測(cè)巷道在后期掘進(jìn)時(shí)頂板下沉量為0.12 m，滿足巷道掘進(jìn)要求，頂板未出現(xiàn)冒漏現(xiàn)象。