掘進巷道應力區(qū)圍巖安全支護技術

師江濤

（晉能控股集團晉圣坡底煤業(yè)有限公司，山西 晉城 048000）

1 3107 回風順槽概況

晉能控股集團晉圣坡底煤業(yè)有限公司3107 回風順槽北部為實體煤，南部為3105 工作面運輸順槽（已掘），東部為實體煤，西部為3106 工作面。

3107 回風順槽沿煤層頂板掘進至371.32 m 后調(diào)整為沿煤層底板掘進，施工區(qū)域內(nèi)3 號煤層厚度6.16m，傾角0°～25°，蓋山厚度73～172 m（根據(jù)地面標高和井下標高計算）。3 號煤層呈灰黑至黑色，似金屬光澤，半亮型煤為主，階梯狀、貝殼狀斷口，內(nèi)生裂隙較發(fā)育，性脆易碎，塊狀，層狀構造。煤層視密度1.45 t/m3；3 號煤層巖樣單軸抗壓強度為單軸抗壓強度12.0～16.0 MPa，平均為13.5 MPa；飽和單軸抗壓強度6.0～7.6 MPa，平均為6.7 MPa，屬軟巖類；軟化系數(shù)0.50，泊松比0.50，普氏硬度系數(shù)為1.3，煤層頂?shù)装鍘r性如表1 所示。

表1 3107 回風順槽掘進的3 號煤層頂?shù)装鍘r性

3107 回風順槽在0～371 m 段為矩形斷面，巷道斷面規(guī)格寬×高=3.8×2.5 m，采用錨網(wǎng)索+鋼筋托梁進行支護。在371～721 m 段為梯形斷面，高度為2.5 m，上寬為3.4 m、下寬為4.8 m，采用錨桿（索）聯(lián)合支護；巷道采用綜合機械化掘進工藝，截至2022 年3 月18 日巷道已掘進470 m[1-2]。

3107回風順槽掘進至450 m 處時巷道頂板及進向左幫開始出現(xiàn)破碎現(xiàn)象，當巷道掘進至460 m 處時左側巷幫上部出現(xiàn)大面積垮落，最大垮落長度為13 m，深度為1.5 m，垮落后對垮落區(qū)巷幫采取單錨桿、金屬網(wǎng)進行補強支護，對頂板空頂區(qū)采取單錨索支護；當巷道掘進至470 m 處時巷幫垮落深度達1.9 m，頂板出現(xiàn)斷裂、破碎，巷道被迫停止施工。

2 巷道原永久支護及臨時支護

2.1 永久支護

1）錨桿：停采線外及停采線里煤柱側采用MG400/20×2000 mm 左旋無縱肋螺紋鋼錨桿；錨桿間排距為800 mm、800 mm；采用150 mm×150 mm×10 mm 拱形高強度托盤。

2）錨索：高強度、低松弛、大延伸率SKP21.8-1/1860/8300mm的1×19 結構的鋼絞線錨索，型號Φ21.8mm×8300 mm，沿巷道中心線左右對稱布置2 根，間距和間排距均為1600 mm。在頂板破碎區(qū)域，根據(jù)現(xiàn)場情況補打錨索或縮小錨索間排距補強支護。

3）鋼筋托梁：頂幫架設鋼筋托梁，采用Φ14 mm鋼筋制作，外寬70 mm，頂梁長度3500 mm，5 孔布置；幫梁長度1900 mm，3 孔布置[3-4]。

2.2 臨時支護

1）巷道掘進期間采用絲杠式前探梁超前支護，該裝置主要由吊環(huán)、絲杠、縱梁、橫梁等部分組成，如圖1 所示。

圖1 絲杠式前探梁超前支護示意圖（單位：mm）

2）支護時現(xiàn)將3 組吊環(huán)安裝在掘迎頭3 排鋼帶下方，然后在吊環(huán)上插入3 根橫梁，橫梁上安裝絲杠，將4 根縱梁沿巷道走向鋪設在橫梁上方，擰動絲杠使縱梁與頂板接觸嚴實，從而達到超前支護目的。

3 應力區(qū)圍巖安全加強支護技術

3.1 注漿支護

1）為了提高巷幫圍巖整體穩(wěn)定性，決定對巷幫垮落區(qū)施工注漿鉆孔進行注漿加固，每排施工兩個注漿孔（鉆孔編號為1 號、2 號），其中1 號注漿孔布置在距頂板1.0 m，距左側巷幫0.5 m 處；2 號鉆孔布置在頂板與巷幫之間的肩角煤柱上，如圖1 所示。

2）注漿鉆孔深度為3.0 m，直徑為42 mm，其中1號鉆孔布置仰角為30°，2 號鉆孔布置仰角為45°，鉆孔布置排距為3.0 m，鉆孔施工完后對鉆孔內(nèi)安裝注漿軟管并采用膨脹水泥進行封孔處理[5-6]。

3）采用聚氨酯黏合劑作為注漿材料，與傳統(tǒng)水泥砂漿相比，該注漿材料屬于有機化學材料，漿液滲透能力強度，凝固時間短，且注漿后形成的凝固體具有很強的黏接效果及抗壓強度。

4）注漿時先從上往下依次注漿，注漿壓力控制在2.5～5.0 MPa 范圍內(nèi)，注漿期間應隨時觀測鉆孔注漿量以及注漿時間，出現(xiàn)煤壁有漿液滲透時立即停止注漿施工。

3.2 梯形鋼棚支護

1）3107 回風順槽架設的鋼棚棚梁、棚腿均采用12 號礦用工字鋼加工而成，其中鋼棚棚梁長度為3.64 m，棚腿長度為2.8 m，鋼棚棚距為0.6 m，扎腳16°，鋼棚間拉桿采用Φ16 mm 拉桿制作而成，兩幫各上2 個拉桿，鋼棚與巷道頂幫之間背板背實，若出現(xiàn)拉鉤孔損壞，可采用直徑不小于60 mm 撐木和8號鐵絲配合固定，且綁扎不少于2 股，如圖2 所示。

圖2 3107 回風順槽破碎圍巖支護斷面示意圖（單位：mm）

2）采用規(guī)格為長×寬×厚=1000 mm×200 mm×50 mm 的紅松木背板對鋼棚與圍巖之間間隙進行填充，布置方式：頂4 塊，兩幫各3 塊，配合使用木楔接頂、幫嚴實。

3）鋼棚架設區(qū)域內(nèi)頂板鋪設GW6.0/100-1.0×2.0型鋼筋網(wǎng)，采用Φ6 mm 鋼筋焊接而成，鋼筋網(wǎng)長度為2.0 m，寬度為1.0 m，網(wǎng)片搭接長度不得小于100 mm，使用14 號的雙股鉛絲鏈接，鏈接要做到雙絲雙扣，呈兩排“三花”布置，每隔200 mm 聯(lián)網(wǎng)2 道，鏈接點間距不大于200 mm，擰結量不得少于3 圈，網(wǎng)片要鋪平、鋪展緊貼巖面。

4）鋼棚架設時前探梁沿巷道施工方向布置，梁間距要均勻，前探梁彎曲要及時更換；每根前探梁使用3 個固定點，3 個固定點布置均勻，梁尾距吊掛點不得小于0.3 m。

3.3 穿幫錨索支護

為了防止巷幫圍巖在超前應力作用下出現(xiàn)破碎、垮落，決定對巷道進向左幫采取穿幫錨索支護。

1）穿幫錨索施工在巷道進行左幫上，每排布置4 根錨索支護孔，鉆孔直徑為30 mm，深度為4.0 m，錨索垂直煤壁布置，如圖2 所示，第1 個穿幫錨索鉆孔距頂板間距為0.3 m，相鄰2 個鉆孔布置間距為0.5 m。

2）鉆孔施工完后對鉆孔內(nèi)填裝錨固劑以及1 根長度為3.8 m，直徑為21.8 mmm 錨索，并采用鉆機進行錨固；穿幫錨索施工完后巷道在掘進過程中采用長度為2.0 m“M”型鋼帶進行固定。

4 結語

截至4 月3 日巷道已掘進至520 m，通過對巷道破碎圍巖采取聯(lián)合支護技術后，巷道在后期掘進過程中圍巖破碎現(xiàn)象得到了有效控制，通過現(xiàn)場觀察發(fā)現(xiàn)，在后期掘進中左幫最大片幫長度控制在3.0 m 以下，最大片幫深度控制在0.5 m 以下，未出現(xiàn)頂板破碎、斷裂現(xiàn)象，巷道掘進速度提高至6.5 m/d，大大提高了巷道掘進效率，取得了顯著應用成效。