破碎頂板巷道掘進支護技術研究與應用

王 亮

（大同煤礦集團云岡礦，山西 大同 037000）

1 概況

大同煤礦集團云岡礦設計生產能力1.0Mt/a，隨著礦井的開拓延伸，目前井田在12#煤層布置采掘工作面。12#煤層平均厚度為1.52m，含有一層0.3～0.5m厚的夾石，平均傾角2.5°。511回風巷位于12#層311盤區北部，設計長度440m，巷道斷面規格長×寬=4.5×3.0m，巷道南部分別布置12#層311軌道巷、311皮帶巷，北部為實煤區。511回風巷由機掘三隊采用綜合機械化掘進，巷道采用錨桿、錨索、W型鋼帶聯合支護，已掘進210m。

511回風巷為半煤巖巷掘進，巷道頂板存在偽頂，主要以黑灰色粉細砂巖互層為主，平均厚度為1.33m，巖層不穩定易破碎，直接頂主要以炭質泥巖為主，平均厚度為4.09m，巖石成磷狀結構、脆性大。根據云岡礦地測科提供511回風巷地質資料顯示，巷道掘進至180～360m段施工巷道分別揭露F3、F4、F5、F6等7條正斷層，斷層平均落差為0.6m，受構造應力影響511回風巷掘進至180m處頂板出現破碎現象，巷道在180～210m段頂板支護效果相對較差，支護施工3d后頂板破碎區域錨桿、錨索失效嚴重，頂板出現網兜現象嚴重，局部頂板出現下沉。對此，合理分析了傳統錨桿、錨索支護的不足，提出了合理有效的支護措施，確保巷道安全順利施工。

2 支護失效原因分析

（1）初步支護設計中511回風巷采用錨桿、錨索、W型鋼帶聯合支護，每掘進1.0m施工巷道頂板施工5根錨桿并配套一根長度為4.1m“W”型鋼帶，錨桿間距為0.9m，排距為1.0m。當頂板出現破碎時，巖層膠結穩定性差，采用鋼帶、錨桿支護只能對巷道頂板巖石層橫向一定范圍內（與巷道垂直方向）存在聯鎖支撐作用，而與巷道走向方向由于相鄰兩根鋼帶無任何聯鎖支撐作用，所以單一的鋼帶、錨桿對頂板走向方向巖石支護效果差，相鄰兩根鋼帶相互獨立，起不到聯鎖支護效果。

（2）錨桿、錨索支護主要是通過在頂板完整巖石層施工加長鉆孔，在鉆孔內依次填裝錨固樹脂劑、支護材料并采用鉆機對支護材料進行錨固，從而達到對一定范圍內整體巖石層懸吊作用。此方法對于破碎頂板巖層整體穩定性差，不僅完好鉆孔施工難度大，而且支護材料錨固后錨固力、拉拔力達不到預期效果，一旦頂板巖層內部再次出現破碎，頂板支護很可能出現失效現象。

3 “注漿+圓鋼托架”聯合支護

通過分析傳統錨桿、錨索支護在頂板破碎帶中應用存在的不足，明確了通過支護加強破碎頂板穩定性必須滿足兩個條件：一是進一步提高破碎頂板膠結穩定性；二是支護作用必須保證頂板縱向、橫向巖層具有相互聯鎖作用。對此，決定對511回風巷破碎頂板采用“注漿+圓鋼托架”聯合支護。

3.1 注漿支護

注漿支護主要是在掘進工作面指定位置施工一排注漿鉆孔，采用專用高壓注漿泵對鉆孔內注射漿液，通過漿液將破碎巖石粘接在一起，從而達到提高破碎巖石膠結穩定性目的。

（1）511回風巷在過破碎帶期間，注漿鉆孔施工在距工作面頂板1.5m處，每排施工5個注漿鉆孔，鉆孔間距為1.0m，鉆孔深度為5.0m，鉆孔與工作面成15°仰角布置。

（2）工作面注漿鉆孔施工采用風動手持式鉆機、配套鉆桿以及Φ42mm鉆頭。鉆孔施工后必須確保鉆孔壁完好，位于巷道兩幫鉆孔與巷幫成60°夾角布置。

（3）注漿鉆孔施工完后，采用高壓注漿泵向其高壓注射漿液，511回風巷注漿液采用瑞米一號加固劑，注漿液主要成分為聚亞膠脂，注漿壓力不得低于12MPa。

（4）在注漿時，采用先中間后兩幫逐一單孔注漿順序。單孔注漿時，發現煤巖體有漿液滲透，立即停止注漿并及時封孔，當工作面注漿完成且5h后，待頂板破碎巖體完全膠結穩定方可繼續掘進。

3.2 圓鋼托架聯鎖支護

圓鋼托架聯鎖支護采用特制圓鋼托架將破碎頂板相鄰兩排鋼帶進行聯鎖，當一排支護出現失效或支護力不足時，相鄰支護仍可起到支撐作用。

（1）511回風巷注漿完成后進行掘進時，當頂板空頂距離達1.0m時及時施工錨桿、錨索、W型鋼帶支護，頂板鋼帶仍采用長度為4.1m，每根鋼帶配套5根單錨桿，錨桿間距為0.9m，將鋼帶排距縮小至0.8m。

（2）當相鄰兩排鋼帶施工完后，在第一根鋼帶的第一根錨栓與第二根鋼帶的第二根錨栓之間安裝一根長度為1.0m圓鋼托架，在第一根鋼帶的第四根錨栓與第二根鋼帶的第五根錨栓之間同樣安裝一根長度為1.0m圓鋼托架。圓鋼托架主要由Ф20mm圓鋼制成，在圓鋼兩端分別采用厚度為5mm的扁鐵焊制一個Ф25mm圓孔。

（3）同樣將第二排鋼帶第二根錨桿、第五根錨桿分別與第三排鋼帶第一根錨桿、第四根錨桿采用圓鋼托架連接，兩組圓鋼托架成邁步式布置，具體如圖1所示。

（4）為進一步提高頂板穩定性，頂板每排施工三根錨索，錨索間距為1.8m，排距為1.6m，每排錨索下方采用長度為0.6m的11#工字鋼梁與頂板進行預緊。

圖1 過破碎帶頂板圓鋼托架平面布置示意圖

4 應用效果

采用注漿+圓鋼托架聯合支護工藝后， 511回風巷210～360m頂板破碎帶頂板未出現下沉、破碎以及支護失效現象，有效提高了破碎帶頂板的整體穩定性，提高了巷道掘進效率，保證了施工安全和巷道的功能需求，取得了明顯效果。