2404巷過斷層帶支護工藝優化設計

張 林

（同煤集團馬道頭煤業有限責任公司，山西 大同 037100）

1 概述

大同煤礦集團馬道頭煤業有限責任公司2404巷位于北四盤區中部，貫穿盤區東西，東部為北四盤區三條大巷，其余三面均為實煤區。巷道沿3-5#煤層底板掘進，屬石炭二疊紀煤層，煤層平均厚度為11m，平均傾角為4°；2404巷設計長度為4549m，為矩形斷面，斷面規格寬×高=5.0×3.6m。巷道偽頂以炭質泥巖為主，平均厚度為0.21m，直接頂以泥巖及細砂巖為主，平均厚度為3.81m。

根據地測科提供的地質資料，2404巷構造較為簡單，掘進至430m附近可能揭露DF16斷層，斷層走向斜交巷道，H=0～1.0m，為正斷層，過斷以后煤層底板抬升；當巷道掘進至1900m處揭露DF61正斷層，斷層落差5m，同時在此附近外側存在一條SXLZ6陷落柱。受斷層構造應力影響，2404巷在過DF16斷層時頂板出現局部破碎現象，支護困難，傳統錨桿、錨索支護效果差，預計施工巷道掘進至1900m處揭露DF61斷層時受斷層及陷落柱影響，巷道頂板會出現大面積破碎現象，所以為確保施工巷道安全順利過DF61斷層，必須對傳統支護進行優化設計。

2 傳統支護設計及問題分析

2.1 傳統支護設計

2404巷在過DF16斷層以前，頂板采用錨桿、錨索、金屬網聯合支護，具體支護設計如下：

（1）2404巷頂板采用長度為2.0m，Φ22mm左旋無縱筋螺紋鋼錨桿，間距為0.95m，每排施工6根錨桿，排距為1.0m，每根錨桿外露端安裝一個長×寬=450×280mm鋼護板，如圖1所示。

（2）頂板錨索采用長度為6.3m，Φ17.8mm預應力鋼絞線，每排施工2根錨索，錨索間距為2.0m，錨索排距為2.0m,每根錨索外露端安裝一個規格為長×寬=130×130mm鋼托板。

（3）頂板金屬網采用網格為100×100mm，Φ6mm的鉛絲網，金屬網規格為長×寬=6.3×1.2m，金屬網垂直巷道平鋪在巷道頂板上，相鄰兩卷金屬網采用16#雙股鉛絲綁扎。

（4）頂板錨桿、錨索采用型號為MSK及MSZ型錨固劑，每根錨桿配套一根MSZ23/60型錨固劑，每根錨索配套一根MSZ23/60型錨固劑和一根MSZ23/35型錨固劑，錨桿錨固時間為30s，錨索錨固時間為45s。

圖1 北四盤區2404巷傳統支護設計斷面圖

2.2 存在的問題

（1）原支護設計中頂板錨桿長度為2.0m，而DF61斷層落差為5.0m,在斷層處上下盤煤體破碎厚度達2.0m以上，所以長度為2.0m錨桿無法滿足支護要求；原支護設計中每根錨桿下方配套一塊護板，同一排錨桿相互獨立，彼此之間聯鎖作用差，一旦局部出現冒頂時整排錨桿會全部失效。

（2）原支護設計中頂板錨索采用長度為6.3m鋼絞線，而2404巷煤層平均厚度為11m，煤層頂板存在偽頂，所以長度為6.3m鋼絞線錨固端處于掘進煤層中，且錨固端與偽頂間距為1.0m，受構造應力影響一旦偽頂與煤層出現離層現象，頂板錨索無法起到預期支護效果。

（3）由于2404巷巷寬為5.5m，原支護設計中頂板錨索間距為2.0m，每排施工兩根錨索，采用該支護方法過DF16斷層期間發現，每排錨索集中控制施工巷道中部頂板，而對兩幫處頂板控制效果差，同時頂板支護采用MSK和MSZ型錨固劑，錨固周期長，一旦頂板出現破碎，錨固劑錨固效果失效。

3 支護工藝優化設計

通過分析研究，2404巷過斷期間在原支護設計基礎上進行優化設計，具體優化方案如下：

（1）頂板采用加長型錨桿，錨桿長度為3.0m，錨桿直徑為22mm，每排施工6根錨桿，錨桿間距為1.0m，兩幫頂板錨桿與頂板成60°夾角布置。

（2）為加強同一排錨桿聯鎖作用，每一排錨桿下端安裝一根“JW”型鋼帶，鋼帶長度為5.2m，鋼帶寬度為0.28m，每根鋼帶上焊制6個Φ25mm圓孔，鋼帶穿過同一排錨桿進行安裝。為進一步加強斷層處頂板穩定性，將斷層處頂板錨桿排距縮短為0.9m。

（3）將原巷道中頂板錨索更換為長度為9m，Φ21.6mm加長錨索，每排施工3根錨索，錨索間距縮短為1.8m，錨索排距縮短為1.8m，同時在每一根錨索外露端安裝一根長度為0.6m工字鋼梁，鋼梁垂直施工巷道布置，鋼梁與錨索之間采用鎖具進行預緊，如圖2所示。

（4）為了提高頂板支護錨固效果，頂板錨桿、錨索采用快速及超快速型錨固劑（MSK、MSKC型），頂板每根錨桿配套兩根錨固劑，即一支MSK23/60型快速錨固劑，一支MSKC23/35型超快速錨固劑；頂板每根錨索配套三根錨固劑，即兩支MSK23/60型快速錨固劑，一支MSKC23/35型超快速錨固劑；超快速型錨固劑位于鉆孔底端。

（5）頂板支護施工完后，必須確保錨桿錨索預緊力、錨固力符合設計要求，頂板錨桿預緊力不得低于200N·m，錨固力不得低于8t，錨索預緊力不得低于24MPa,錨固力不得低于17t。

圖2 北四盤區2404巷過斷層帶支護優化設計斷面圖

4 結束語

通過分析研究2404巷傳統支護設計過斷層帶時存在的問題，根據實際生產情況對傳統支護工藝進行優化設計。2404巷在過DF61斷層期間采用優化后的支護設計，頂板未出現離層、大面積破碎、局部冒頂現象，大大提高了施工巷道過斷層帶掘進效率，提高了斷層處頂板穩定性，保證了巷道安全順利施工，取得了顯著的經經濟效益、安全效益。