回采巷道破碎頂板安全管理措施研究

高懷智

（同煤浙能麻家梁煤業(yè)有限責(zé)任公司，山西 朔州 036000）

1 概 述

同煤浙能麻家梁煤業(yè)有限責(zé)任公司14106工作面位于井田的東南部，北臨+665水平南回風(fēng)大巷（東），東臨14107輔助運(yùn)輸順槽聯(lián)巷，西臨14106輔助運(yùn)輸順槽，南部未開(kāi)采。工作面設(shè)計(jì)傾向長(zhǎng)度為1466m，沿4#煤層底板回采，煤層偽頂平均厚度為0.66m，主要以炭質(zhì)泥巖為主；直接頂主要以粉砂巖、泥巖混合層為主，平均厚度為4.33m；基本頂主要為中、細(xì)砂巖，平均厚度6.21m。目前工作面已回采784m。

14106運(yùn)輸順槽為矩形斷面，斷面規(guī)格為寬×高=5.5×3.8m，巷道頂板采用錨桿、錨索、鋼帶、金屬網(wǎng)聯(lián)合支護(hù)；由于14106工作面回采至790m處揭露一條正斷層F8，斷層落差為2.4m，傾角為55°，受構(gòu)造應(yīng)力及回采壓力影響，工作面回采至770m處14106運(yùn)輸順槽頂板開(kāi)始出現(xiàn)破碎現(xiàn)象，預(yù)計(jì)破碎長(zhǎng)度達(dá)40m（過(guò)斷層20m后），工作面前期回采階段運(yùn)輸順槽破碎頂板下沉高度達(dá)0.42m，頂板巖體破碎嚴(yán)重，膠結(jié)穩(wěn)定性差，單軸抗壓強(qiáng)度大大降低，通過(guò)頂板窺視孔觀察發(fā)現(xiàn)頂板破碎深度達(dá)2.2m，原巷道頂板永久支護(hù)失效嚴(yán)重，無(wú)法起到預(yù)期支護(hù)效果。

2 運(yùn)輸順槽破碎頂板維護(hù)方案選擇

為了提高破碎頂板穩(wěn)定性，避免頂板事故發(fā)生，同煤浙能麻家梁煤業(yè)有限責(zé)任公司通過(guò)技術(shù)研究，對(duì)14106運(yùn)輸順槽破碎頂板提出三種維護(hù)方案，方案一為為挑頂并重新補(bǔ)打支護(hù)，方案二為架設(shè)矩形工字鋼棚，方案三為注漿并架設(shè)“T”型雙梁鋼棚。

（1）方案一挑頂并重新補(bǔ)打支護(hù)。工作面在回采期間若14106運(yùn)輸順槽破碎時(shí)，對(duì)破碎頂板進(jìn)行挑頂，挑頂后與設(shè)計(jì)頂板位置一致，并重新補(bǔ)打永久支護(hù)。由于14106運(yùn)輸順槽存在偽頂且直接頂主要以混合巖層為主，巖石普氏系數(shù)f=2.5，巖石硬度低，在進(jìn)行挑頂時(shí)局部地段頂板很容易出現(xiàn)冒頂、垮落現(xiàn)象，造成巷道挑頂后頂板維護(hù)難度大，維護(hù)效果差，甚至?xí)l(fā)生重大頂板事故。

（2）方案二架設(shè)矩形工字鋼棚。在14106運(yùn)輸順槽破碎頂板下方架設(shè)工字鋼棚，鋼棚間距為1.5m；受構(gòu)造應(yīng)力及回采應(yīng)力影響，14106運(yùn)輸順槽頂板壓力大且出現(xiàn)大面積下沉現(xiàn)象，下沉量在0.13～0.42m范圍內(nèi)，若僅采用單一的矩形鋼棚支護(hù)，鋼棚頂梁會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重變形現(xiàn)象，而且破碎頂板膠結(jié)穩(wěn)定性差，頂板無(wú)法形成完整耦合體，采用鋼棚支護(hù)時(shí)效果差。

（3）方案三注漿并架設(shè)“T”型雙梁工字鋼棚。對(duì)破碎頂板進(jìn)行注漿支護(hù)，注漿后在其下方架設(shè)“T”型雙梁工字鋼棚進(jìn)行維護(hù)，采用注漿可有效提高破碎頂板穩(wěn)定性及巖體單軸抗壓強(qiáng)度，采用“T”型雙梁工字鋼棚增加了鋼棚與頂板支護(hù)面積，有效防止頂板局部冒頂。

通過(guò)以上的方案對(duì)比，決定采用方案三對(duì)14106運(yùn)輸順槽破碎頂板進(jìn)行維護(hù)。

3 破碎頂板維護(hù)施工工藝

3.1 注漿支護(hù)

（1）14106工作面回采至770m處且運(yùn)順順槽頂板出現(xiàn)破碎現(xiàn)象時(shí)，首先在破碎頂板用YT—23型鉆機(jī)并配套Φ42mm鉆頭施工一排傾斜注漿鉆孔，鉆孔施工完后進(jìn)行注漿。

（2）工作面頂板每排施工4個(gè)傾斜注漿孔，相鄰兩排注漿鉆孔排距為4.0m，鉆孔深度為8.0m，鉆孔間距為1.0m，鉆孔直徑為42mm，鉆孔與頂板成45°夾角布置，其中靠近兩幫鉆孔與巷幫成60°夾角。

（3）頂板注漿鉆孔施工完后，采用型號(hào)為2ZBQ氣動(dòng)注漿泵進(jìn)行注漿，注漿液采用馬麗散粘劑，該粘劑主要采用馬麗散與催化劑混合而成，注漿時(shí)由中間孔向兩幫孔依次進(jìn)行注漿，注漿壓力不低于3.0MPa。

（4）注漿期間發(fā)現(xiàn)頂板破碎巖體由漿液滲透時(shí)立即停止注漿，并采用黃泥砂漿及聚氨酯由內(nèi)向外進(jìn)行封孔，黃泥砂漿封孔長(zhǎng)度不低于1.0m，聚氨酯封口長(zhǎng)度不低于0.5m，所有注漿孔封口后定期對(duì)孔口處有害氣體進(jìn)行檢查。

3.2 架設(shè)“T”型雙梁工字鋼棚

（1）“T”型雙梁工字鋼棚主要由兩節(jié)“I”型棚腿、兩節(jié)“T”型棚腿、底座、兩節(jié)頂梁、四根頂梁連接槽鋼以及四根固定拉桿組成，“I”型棚腿長(zhǎng)度為2.5m，“T”型棚腿長(zhǎng)度為2.0m，“I”型與“T”型棚腿之間采用滑槽及卡纜固定，連接后伸縮長(zhǎng)度范圍為2.5～4.0m；頂梁長(zhǎng)度為5.0m，連接槽鋼長(zhǎng)度為0.5m，如圖1所示。

圖1 14106運(yùn)輸順槽破碎頂板注漿架棚聯(lián)合維護(hù)斷面圖（單位：mm）

（2）首先在巷道兩幫底板處定線安裝棚腿底座，底座由規(guī)格為長(zhǎng)×寬=0.3×0.3m鋼板制成，每個(gè)底座上焊制兩個(gè)Φ25mm圓孔，底座安裝后采用長(zhǎng)度為1.2m直徑為18mm錨桿將底座與底板錨固。

（3）底座安裝后從下往上依次安裝“I”型棚腿及“T”型棚腿，“I”型棚腿與底座采用四根連接螺母進(jìn)行固定，與“T”型棚腿采用卡纜固定并進(jìn)行預(yù)緊，預(yù)緊力不得低于200N·m，為了保證棚腿穩(wěn)固，在安裝棚腿時(shí)采用錨桿將棚腿與巷幫進(jìn)行固定。

（4）棚腿安裝后，將兩節(jié)頂梁與“T”型棚腿頂部進(jìn)行搭接，頂梁與棚腿采用卡纜固定，頂梁固定后依次安裝四根連接槽鋼，槽鋼與頂梁之間采用卡槽固定。

（5）第一架“T”型雙梁鋼棚架設(shè)完后，依次架設(shè)第二架、第三架鋼棚，直至過(guò)頂板破碎帶，鋼棚架設(shè)間距為1.5m，為了防止倒棚事故發(fā)生，所有鋼棚架設(shè)完后在相鄰兩架鋼棚之間采用三根拉桿進(jìn)行固定，如圖2所示。

4 應(yīng)用效果

14106工作面回采過(guò)F8斷層期間，運(yùn)輸順槽頂板破碎長(zhǎng)度為40m，破碎頂板共計(jì)施工40個(gè)注漿鉆孔，共架設(shè)20架“T”型雙梁工字鋼棚。注漿后通過(guò)對(duì)頂板巖體進(jìn)行抗壓實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，破碎巖體單軸抗壓強(qiáng)度提高至17.4MPa，而且注漿后使破碎頂板局部形成耦合體，大大提高了頂板穩(wěn)定性，保證了原巷道永久支護(hù)質(zhì)量。同時(shí)采用“T”型雙梁工字鋼棚對(duì)破碎頂板進(jìn)行維護(hù)，與傳統(tǒng)工字鋼棚相比，提高了頂梁對(duì)破碎頂板支護(hù)斷面，降低了頂板應(yīng)力集中現(xiàn)象。通過(guò)實(shí)際應(yīng)用發(fā)現(xiàn)，14106運(yùn)輸順槽碎頂板采用注漿及架設(shè)鋼棚后，在后期回采期間運(yùn)順順槽在應(yīng)力集中區(qū)范圍內(nèi)頂板未出現(xiàn)嚴(yán)重破碎現(xiàn)象，有效控制頂板下沉現(xiàn)象，頂板最大下沉量?jī)H為0.12m。

圖2 “T”型雙梁工字鋼棚平、剖面示意圖