撞楔超前支護在掘進巷道過斷層中的應用實踐

康 莊

（大同煤礦集團雁崖煤業公司，山西 大同 037003）

1 工程概述

大同煤礦集團雁崖煤業公司三盤區2301巷設計長度為1490m，巷道為矩形斷面，沿4#煤層頂底板平行掘進，2301巷斷面規格為：寬×高=4.2m×3.5m，2301巷由機掘三隊進行施工，目前已掘進620m。三盤區開采煤層發育不穩定，偽頂主要以泥巖和灰巖混合為主，厚度為1.4m，巖層穩定性差，受采動壓力及構造應力影響很容易出現局部冒落現象；直接頂主要以細粉砂巖為主，平均厚度為3.5m；基本頂主要以粗砂巖為主，平均厚度為8.4m，在直接頂與基本頂之間夾雜著厚度為0.5m煤矸石。根據雁崖煤業公司地測科提供水文地質資料顯示，2301巷施工至400m及650m處將揭露兩條正斷層F7(已揭露）和F8（未揭露），其中F8的H=2.7m，∠45°，F8斷層對2301巷影響較大，預計影響范圍達15m；2301巷施工期間初步支護設計采用錨桿、錨索聯合支護，根據實際生產情況發現，當2301巷在揭露斷層F7前，施工巷道頂板壓力較大，在掘進期間頂板相對破碎，當巷道施工至380m(距F7斷層剩20m）時，頂板出現大面積破碎現象，當2301巷在揭露F7斷層瞬間距工作面8m范圍內頂板出現大面積冒頂，冒頂高度達4.2m，在距工作面30m范圍內永久支護全部失效，且造成3名施工人員受傷，掩埋開關兩臺以及其他機械設備，破壞電纜、風水管路及信號線達200m，共計造成煤礦經濟損失215萬元。事故主要原因是由頂板支護設計不合理、支護效果差造成的。對此三盤區2301巷在后期施工揭露F8斷層前，通過技術例會，分析了過斷層破碎帶時采用傳統單一錨桿、錨索支護存在的問題，并根據實際情況提出了撞楔超前支護配合永久支護在過斷層帶中應用，實踐證明采取措施后保證了施工巷道安全順利過斷層帶，取得較好效果。

2 傳統支護形式及存在的問題

2.1 傳統支護形式

2301巷初步設計中，巷道頂板采用單一的錨桿、錨索聯合支護，頂板錨桿采用長度為1.8m“反麻花”鋼錨桿，每排施工4根錨桿，錨桿間距為1.2m，排距為1.0m，每根錨桿配套一塊水泥托板，水泥托板規格為長×寬=0.5m×0.2m。

頂板錨索采用長度為5.0m，Φ17.6mm預應力鋼絞線，每排施工兩根錨索，錨索間距為3.0m，每根錨索配套一塊規格為長×寬=0.3m×0.3m鋼托板，托板與錨索之間采用鎖具進行預緊。

頂板每根錨桿配套一支錨固劑，型號為MSZ23/35，每根錨索配套兩只錨固劑，一支型號為MSZ23/35、一支型號為MSZ23/60。

2.2 傳統支護工藝存在問題

（1）2301巷寬度為4.2m，頂板每排僅布置四根單錨桿不符合要求，同時錨桿配套的水泥托板韌性差，在過斷層帶時受圍巖壓力、構造應力以及采動應力等外界壓力影響，很容易出現斷裂現象。

（2）2301巷頂板錨桿長度為1.8m，而根據地質資料顯示，施工巷道頂板存在一層偽頂，厚度達1.4m。錨桿在錨固時錨固端處于偽頂與直接頂膠結面上，在過斷層帶時偽頂會發生垮落，從而造成頂板錨桿失效，同時頂板錨桿采用型號為MSZ23/35錨固劑，為慢速型，錨固時間較長，不能滿足生產需要。

（3）2301巷頂板采用單一的錨桿、錨索支護只可對頂板局部范圍內進行維護，而在過斷層破碎帶時對巷道頂板全斷面維護效果差。

（4）施工巷道在過斷層破碎帶時，若僅采用永久支護無法及時對破碎帶進行超前維護，對頂板支護效果差。

3 撞楔超前支護應用

為了保證施工巷道安全順利過斷層破碎帶，提高斷層破碎帶頂板支護質量以及提前控制斷層破碎區域，機掘三隊采用撞楔超前支護對破碎區域超前控制，并對傳統永久支護進行優化。

（1）2301巷頂板施工的撞楔支護主要由若干個長度為3.5m，Φ30mm的螺紋鋼錨桿以及端頭卡纜組成，如圖1所示。

（2）首先在距斷層5m的工作面頂板位置設計施工一排鉆孔，共計10個，鉆孔深度為3.0m，間距為0.4m，所有鉆孔垂直工作面布置，如圖1所示。

（3）工作面鉆孔施工完后，在每個鉆孔內填裝兩支錨固劑，一支型號為MSK23/35，一支型號為MSKC23/60，錨固劑填裝完后依次向鉆孔內注入長度為3.5m螺紋鋼，并再用手持式鉆機進行錨固。

圖1 撞楔超前支護施工平面圖 （單位：mm）

（4）螺紋鋼錨固完后，在距鉆孔外側0.3m頂板位置施工一排固定錨桿，共計四根，間距為1.0m，固定錨桿施工完后在其下方安裝卡纜并將10根螺紋鋼錨桿與頂板預緊固定，預緊力不得低于150N·m。

（5）當第一排撞楔超前支護施工完后開始掘進，掘進進度為1.0m，當掘進2.0m后開始施工第二排撞楔支護，第一排撞楔支護預留1.0m，同時第二排撞楔支護與第一排撞楔支護交錯布置。

（6）依次類推直至2301巷安全過斷層帶后停止施工撞楔超前支護。為了確保施工巷道過斷層破碎帶期間頂板永久支護質量，在過斷層破碎帶期間對傳統永久支護工藝進行優化設計，具體如下：①頂板錨桿變更加長左旋螺紋鋼錨桿，錨桿長度為3.0m，同時每排增加一根錨桿，并配套一根長度為4.0m“JW”型鋼帶；②頂板錨索變更長度為8.3m，Φ21.6mm高預應力鋼絞線，每排由原來兩根增加至三根，錨索間距為1.5m，排距為2.0m，同時將錨索配套的鋼方托板更換為長度0.6m工字鋼梁，如圖2所示；③頂板錨桿、錨索錨固劑更換為快速（MSK）及超快型（MSKC)，每根錨桿配套一支MSK23/35，一支MSK23/60錨固劑；每根錨索配套一支MSK23/35，兩支MSK23/60錨固劑。

4 結束語

2301巷過斷層期間對傳統錨桿、錨索支護存在問題進行分析，提出應用撞楔超前支護過斷層破碎帶方案。實踐證明，2301巷過斷層破碎帶時，施工安全順利，保證了施工速度，在過斷層期間未出現漏頂、支護失效等問題。

圖2 2301巷永久支護優化設計施工斷面圖