極破碎圍巖條件下巷道支護控制技術研究

王會然

（河南能源化工集團義煤公司 常村煤礦，河南 義馬 472300）

1 工程概況

義馬煤業集團常村煤礦21122 工作面下巷布置在21141采空區下，內錯21141上巷30m，采用半圓拱斷面，全斷面錨網（索）支架36U-5.6m 拱型可縮性支架，拱頂背網后背木復合支護，棚距0.7m。在下巷掘進至下巷口以里140m 接近2-3煤與2-1煤合并線時，頂板異常破碎，冒頂高度在2～3m，掘進前方片幫2～3m，頂錨桿、錨索無法施工，為保證工作面正常接替，掘進采用“撞楔法”施工，即采用管縫錨桿配合5m 長道鐵的方法超前控頂，支架36U拱形支架強行通過地質構造異常區，全長350 m。隨著21122綜放工作面回采工作的進行，該段巷道支護強度低，變形嚴重，兩幫位移量在1～2m，底板臌起，頂板下沉，巷高只有1.5～2.0m，設計掘進斷面26.5m2，目前只有6m2，巷道斷面收縮率高達78%，36U 拱形支架扭曲變形，已嚴重影響下巷皮帶運轉及行人安全。因此，必須對該段巷道重新擴修加固，保證皮帶正常運轉及通風行人安全。

2 支護方案分析

由于該段巷道頂板異常破碎，冒頂高度在2～3m，根據現場情況，擴修前需對該段巷道頂板圍巖采用注單液水泥漿進行固化處理，以保證擴修期間頂板安全。而后采用兩幫錨網配合5m×3.3m（梁×腿）工字鋼對子棚聯合支護，架棚后順皮帶兩側打液壓抬棚進行加固，以達到預期的控制效果。

2.1 注漿加固技術參數分析

2.1.1 注漿加固設備及相關參數

ZBY50／7.0-11煤礦用液壓注漿泵一臺及配套構件，支腿式風動鉆機一部，接桿型鉆桿一套（鉆桿總長8m 及Φ28mm 鉆頭），Φ25高壓管，電源及配套電纜。專用注漿管（20mm 管制作而成）及配套接箍，425＃水泥、清水、潔凈的儲液桶等，注漿液的配比濃度為：水∶水泥=1∶1.5（重量比）。

2.1.2 注漿孔布置及施工順序

順巷道方向布置3 排注漿孔，排距2.0 m，每排3 個孔，間距1.5m，依次序向前打設注漿孔。注漿孔與巷道水平方向呈50°夾角向里打設，左右兩側孔分別外扎20°。孔深均為8m，孔徑28mm，21122下巷注水泥漿鉆孔布置見圖1。施工工序為：打注射孔→按順序安裝、固定注射管：先安裝2 m 長槍頭管、再上中間接管（根據鉆孔深度確定）、最后裝2m 長封堵管→封孔、聯接及注射→換孔注射→沖洗管路。

2.2 工字鋼對子棚與液壓抬棚聯合支護技術工藝

2.2.1 工字鋼架棚支護參數分析

工字鋼對子棚支架規格：上凈寬4.7 m，下凈寬6.1 m，凈高3m，棚腿水平夾角80°，支架柱窩深均0.3m，棚距為0.8m，柱腿支于實底，確保支架堅實有力，兩幫空幫讓壓0.3m。

棚間打設鋼筋拉桿，頂梁距梁口1 m 外安裝拉桿，并棚間打鋼筋拉桿，頂梁2根，幫每側1根，共計每棚4根拉桿（拉桿用Φ16mm、長780mm 長鋼筋制成，兩側彎成50 mm 直彎）；且每棚拉桿處及梁口處打方木撐桿加固，木撐桿規格為40mm×40mm×680mm。

2.2.2 液壓抬棚支護（見圖2）

（1）液壓抬棚的支護參數及其優點。巷道架設工字鋼棚后，順皮帶兩側打連續液壓支架加固，液壓支架距皮帶兩側0.1～0.2 m。液壓抬棚參數如下：立柱中心距1500 mm；支架高度2275～4665 mm；頂梁2800 mm×285 mm（長×寬）；底梁2500 mm×600 mm（長×寬）；立柱：缸徑200mm，柱徑185mm；立柱行程2390mm（其中液壓行程1250mm，機械行程1140mm）。安全閥開啟壓力35MPa；支架工作阻力2200kN。

由于液壓抬棚底座面積大（液壓抬棚底座面積為0.95 m2），減小了支架所受的壓強，支架不容易鉆底。同時，其立柱為大立柱，立柱基本不變形，大大提高了支架抗變形能力，提高了巷道整體支撐力。

（2）施工方法。安裝液壓抬棚時，必須按先底座再立柱后頂梁的順序安裝，在安裝頂梁時，首先將2個導鏈掛在牢固的抬棚上，分別栓住頂梁的兩端，緩慢吊起，吊到適當的位置再與立柱連接，施工時要有專人負責安全工作。安裝好后向液壓抬棚立柱內注入壓力不小于30 MPa的乳化液，同時將液壓抬棚升緊升牢后再回需要安裝第二架液壓抬棚位置的單體柱。安裝后，定期對液壓抬棚支架進行補液，確保液壓抬棚支架的初撐力，并定期對歪倒的液壓抬棚進行扶正，其支護效果見圖2。

圖2 液壓抬棚支護

3 支護效果分析

常村煤礦21122下巷自2013年7月8號從890棚往外開始對21122下巷冒頂區預注漿，注漿期間個別地區巷道頂板漏漿嚴重現象，原因為破碎頂板裂隙過大，待凝固后再繼續補注，注到664棚，共計注漿941 袋。2013 年9月17號開始對832～797棚擴修，擴修期間未發生冒頂現象，注漿效果較好，且巷道擴修使用至今，巷道底板臌起，頂板下沉現象明顯減慢，有效地避免支架鉆底、頂板離層下沉、底板底臌等現象的發生，保證了巷道的正常使用。

采用對破碎冒頂區預注漿加固，工字鋼對子棚與液壓抬棚聯合支護技術工藝，相較于傳統的修護支護工藝相比較，能夠更加有效的提高修護效率及支護強度，具有成本低、修復加固效果好、巷道服務年限長、施工安全易操作等優點。同時將松散破碎的煤體膠結成整體，提高了煤體自身強度，能起到有效的封閉作用，隔絕空氣，抗風化、防水，頂板煤層免于暴露在空氣中，防止自燃。因此該技術在常村煤礦的成功試驗，具有很高的應用前景，尤其對大工程量巷道擴修施工有著顯著的經濟效益及社會效益。