掘進巷道過斷層破碎帶支護工藝優(yōu)化設(shè)計

劉星星

（霍州煤電集團興盛園煤業(yè)有限責(zé)任公司，山西 臨汾 031400）

斷層的形成破壞了煤巖層整體性，降低了巖層面膠結(jié)穩(wěn)定性，當(dāng)掘進巷道過斷層帶時，斷層上下盤煤巖層出現(xiàn)失穩(wěn)現(xiàn)象，斷層面附近煤巖體受構(gòu)造應(yīng)力、原巖應(yīng)力以及上覆巖層重力的影響，出現(xiàn)離層、破碎、局部冒頂現(xiàn)象，單一的錨桿支護錨固效果差，巖層破碎時錨桿的懸吊作用失效。隨著時間推移，斷層帶處應(yīng)力不斷加大，頂板表層巖石層不具有支撐作用且支護作用失效，從而造成破碎帶頂板成層狀破碎趨勢且向頂板深部延伸，從而發(fā)生頂板漏頂事故。本文以興盛園煤礦1011巷為例，對巷道過斷層破碎帶期間頂板支護進行優(yōu)化，確保施工巷道安全快速過斷層破碎帶。

1 工程案例

霍州煤電集團興盛園煤業(yè)有限責(zé)任公司1011巷位于430水平，巷道設(shè)計長度1130m，斷面規(guī)格寬×高=4.5×2.6m，巷道沿1#煤層頂?shù)装迤叫芯蜻M。1011巷初步支護設(shè)計中頂板采用錨桿、錨索聯(lián)合支護，頂部選用Φ20×2000mm左旋螺紋鋼高強錨桿，每根錨桿使用CK2340型和Z2388型樹脂錨固劑各一卷，配套Φ130×8mm沖壓碟形墊片一個。錨索采用Φ17.8×7300mm鋼絞線，配套400×400×20mm方形鋼板，HL鎖具一個，Φ130×8mm沖壓碟形墊片兩個，錨固劑CK2340型、Z2388型各兩卷進行錨固，截至目前巷道已掘進760m。

根據(jù)興盛園煤礦地測科提供資料顯示，1011巷掘進至780m處將揭露一條正斷層F7，落差1.2m，傾角55°，由于1011巷直接頂主要以炭質(zhì)泥巖為主，受構(gòu)造應(yīng)力影響，巷道掘進至750m處時頂板出現(xiàn)大面積破碎，且頂板破碎深度達3.0m。預(yù)計當(dāng)巷道掘進至破碎帶處時，傳統(tǒng)錨桿、錨索支護不能滿足生產(chǎn)需求，頂板出現(xiàn)下沉、局部冒頂?shù)痊F(xiàn)象。

2 破碎頂板支護工藝優(yōu)化

通過技術(shù)研究，對傳統(tǒng)支護設(shè)計進行優(yōu)化，采用組合錨索懸板支護。

（1）組合錨索懸板主要由四根長度為8.3m，直徑為21.6m高預(yù)應(yīng)力錨索，兩根長度為3.5m，直徑為22mm加長左旋無縱筋螺紋鋼錨桿以及一塊長度為4.5m，寬度為1.2m，厚度為4mm鋼板組成。

（2）距鋼板兩端0.25m處以及鋼板中部及四周各焊制一個孔徑為25mm圓孔，鋼板兩邊各焊制兩個孔徑為22mm圓孔，如圖1所示。

（3）當(dāng)施工巷道掘進至斷層破碎帶時，采用錨索鉆機在破碎頂板距巷幫0.35m處各施工一個深度為3.5m，孔徑為30mm鉆孔，鉆孔施工完后在鉆孔內(nèi)依次填裝兩支錨固劑（MSKC23/40型、MSK23/80型）以及加長錨桿，并采用手持式鉆機進行錨固，錨固后錨桿外露長度控制在10～30mm之間。

（4）加長錨桿錨固后，在前下方安裝鋼板，并采用拱形墊片及螺母進行預(yù)緊，螺母扭矩不得低于 200N·m。

（5）鋼板與頂板固定后，在其中部預(yù)留孔位置分別施工五個深度為8.0m鉆孔，并依次填裝三支錨固劑（一支MSKC23/40型、兩支MSK23/80型）及預(yù)應(yīng)力鋼絞線，并采用長×寬=0.5×0.5m鋼托板及鎖具進行預(yù)緊，預(yù)緊力不得低于36MPa。

（6）第一塊組合錨索懸板施工完后開始施工第二塊，且相鄰兩塊懸板之間預(yù)留寬度為0.25m間隙，并在間隙處施工三個卸壓孔，卸壓孔間距為2.0m，深度為5.0m，孔徑為60mm。

（7）為了保證相鄰兩塊懸板具有聯(lián)鎖保護作用，在相鄰兩塊懸板之間采用長度為0.4m，直徑為30mm圓鋼托架進行連接，如圖1所示。

圖1 1011巷斷層破碎帶處組合錨索懸板支護平面圖

3 應(yīng)用效果

（1）1011巷過F7斷層期間頂板破碎長度為30m，頂板共施工組合錨索懸板20塊，每塊組合錨索懸板成本費用為320元，只需3d即可施工完成，共計需勞動及成本費用為17000元；而傳統(tǒng)錨網(wǎng)支護時，共計施工150根錨桿、錨索35根、金屬網(wǎng)25卷且需8d方可完成，共計勞動及材料成本費用為55000元。由此可見施工組合錨索懸板支護縮短支護周期，節(jié)約了材料及勞動成本費用。

（2）組合錨索懸板支護時通過鋼板與組合錨索相配合，從而達到對破碎頂板進行支撐懸吊作用，單塊組合錨索懸板對破碎頂板支護面積達5.7m2，與傳統(tǒng)錨桿配套鋼帶相比，支護面積大，且組合錨索采用長度為8.3m預(yù)應(yīng)力鋼絞線，可完全錨固在堅硬頂板內(nèi)，支護效果好。1011巷破碎頂板施工組合錨索懸板后對頂板進行60d觀察發(fā)現(xiàn)，破碎頂板未發(fā)生下沉現(xiàn)象，懸板支護起到預(yù)期支護效果。

（3）1011巷破碎頂板處相鄰兩塊組合錨索懸板之間采用一組圓鋼托架進行固定連接，加強了錨索懸板之間聯(lián)鎖保護作用，同時采用卸壓孔對頂板進行卸壓，有效防止了因頂板壓力集中造成頂板支護失效、頂板冒頂事故發(fā)生。

4 結(jié)語

1011巷過斷層破碎帶期間頂板支護優(yōu)化方案，采用組合錨索懸板進行破碎頂板的支護，護表面積明顯增大，頂板整體性得到強化。實際應(yīng)用效果表明，采用該支護措施后提高了破碎區(qū)域頂板的穩(wěn)定性，加快了巷道過破碎帶時掘進速度，保證了巷道施工安全，取得了顯著成效。