軟巖煤層巷道掘進安全支護技術應用

彭 軍

（潞安集團司馬煤業公司，山西 長治 047105）

1 概 述

潞安集團司馬煤業公司1216運巷位于二采區，施工巷道東部、南部為未采區，工作面向西依次為1216出煤巷、1216輔助運輸巷、1216風巷（外段）三條巷道，工作面向北為1215工作面。1216運巷設計長度為486m，斷面規格為寬×高=4.5×3.0m，回采煤層為石炭系3#煤層，平均厚度為6.0m，巷道掘進期間預留頂煤厚度為3.0m。

3#煤層無偽頂，直接頂主要以炭質泥巖為主，平均厚度為4.5m，巖體穩定性差，受構造應力及采動影響易破碎、斷裂；基本頂主要以灰白色粗砂巖為主，平均厚度為17.9m，巖石普氏系數f＞7.0，硬度大。

1216運巷掘進期間頂板采用錨桿、錨索、鋼帶聯合支護，頂板每排布置5根長度為2.5m左旋無縱筋螺紋鋼錨桿，間排距為1.0m；鋼帶長度為4.2m，寬度為0.25m，布置間距為1.0m；頂板錨索長度為5.5m，每排布置3根，間距為1.8m，排距為3.0m。巷幫采用單錨桿支護，每排布置3根，錨桿間排距為1.0m。目前1216運巷已掘進120m。

2 巷道前期掘進階段存在問題

（1）巷道頂板破碎嚴重。由于3#煤層屬石炭系煤層，煤層成破碎狀，膠結穩定性差。1216巷掘進時預留頂煤厚度為3.0m，巷道施工斷面大，巷道施工后受采動應力影響，頂煤承載能力低，出現破碎、局部冒頂現象，且向深部延伸，頂煤與直接頂出現離層，最大下沉量達0.37m。

（2）支護失效現象嚴重。1216運巷頂板錨桿長度為2.5m，錨桿錨固端位于破碎頂煤中。錨桿支護后通過拉拔試驗發現，錨桿抗拉拔力低于50kN，錨固效果差，出現錨桿失效現象嚴重，支護合格率僅為45.6%。同時，頂板錨索長度為5.5m，錨固端位于直接頂中，錨索對頂板破碎巖體懸吊作用效果差，起不到預期支護效果。

（3）巷道風化現象嚴重。1216運巷掘進時采用55kW局部通風機向工作面供風，施工巷道巷幫、頂煤相對松散，在風流氧化下煤體易出現自燃現象，巷道回風流中CO濃度可達0.0012%。

3 1216運巷聯合支護措施

針對1216運巷前期掘進階段主要存在問題，決定在巷道后期掘進過程中采取“注漿+優化支護設計+架設U29型工字鋼棚+噴碹”等聯合措施加強巷道維護。

3.1 注漿支護

（1）1216運巷掘進至120m處時，對工作面施工一排仰斜注漿鉆孔。鉆孔施工在距頂板1.0m處，每排施工4個，鉆孔與巷道頂板呈60°夾角仰斜布置，鉆孔間距為1.0m，深度為5.0m，鉆孔排距為3.0m。

（2）鉆孔施工完后依次向鉆孔內埋入注漿小管，并與ZBQS-12.5小型氣動注漿泵連接進行注漿施工。注漿液采用馬麗散樹脂與催化劑的混合液 ,其體積比為1:1，重量比為1:1.17。

（3）注漿前應對鉆孔進行封口處理，注漿時注漿壓力控制在1.0～1.5MPa之間，注漿期間發現煤壁有漿液滲出時立即停止注漿，注漿完成2h后巷道方可繼續掘進。

3.2 優化支護設計

為了提高巷道錨桿（索）支護效果，施工巷道在后期掘進時對頂板原永久支護設計進行優化。

（1）優化后頂板采用長度為3.5m預應力錨索代替錨桿支護，間排距不變，每根錨索采用兩根錨固劑進行錨固，錨固力不低于100kN。

（2）頂板鋼帶采用“JW”型加寬鋼帶，鋼帶規格為長×寬=4.2×0.28m，每根鋼帶配套5根錨索使用，鋼帶間距為1.0m。

（3）頂板單錨索采用長度為8.0m、直徑為21.6mm高強度預應力錨索，錨索間排距不變。每根錨索外露端采用一根長度為0.6m工字鋼梁及鎖具將其與頂板預緊，預緊力不得低于233kN，錨固力不得低于170kN。

3.3 架設U29型工字鋼棚

（1）1216運巷從115m處開始架設U29型鋼棚，鋼棚架設間距為1.0m，鋼棚斷面規格為寬×高=4.5×2.8m。

（2）首先按照鋼棚控制中線安裝兩幫處棚腿，棚腿安裝在穩定堅硬底板上，并采用錨桿、卡纜將其與巷幫進行固定。

（3）棚腿安裝后將頂梁與棚腿對插安裝，并采用卡纜固定預緊，預緊力不得低于200N·m。相鄰兩架鋼棚架設完成后，在鋼棚頂梁與頂板間隙處填塞上規格為長×寬=1.2m×0.3m水泥背板。

3.4 噴碹

為了防止施工巷道后期掘進期間出現煤層風化，導致煤層自燃、巷道內有害氣體濃度升高等，為了進一步提高巷道支護強度，對施工巷道進行噴碹施工。

（1）1216運巷采用鶴轉Ⅱ型噴漿機以及50mm快速接頭鋼管聯合進行噴漿施工，噴漿料采用水泥與紅石配比為1∶3的混合料，噴漿時采用工作面壓風作為動力。

（2）噴漿施工距工作面迎頭初噴間距為50m，復噴間距為30m，巷道噴漿時由三人配合施工，一人上料，一人拉管，一人噴漿。噴漿時由兩幫向頂板、由低向高的順序進行，初噴厚度為0.15m，復噴厚度為0.1m，噴漿后確保噴漿料完全覆蓋煤體。

4 結 語

潞安集團司馬煤業公司對1216運巷掘進期間存在的主要問題進行分析，提出了“注漿+優化支護設計+架設U29型工字鋼棚+噴碹”等聯合措施加強巷道維護，通過實際應用取得了顯著成效。

（1）采用注漿支護提高了1216運巷頂煤膠結穩定性及承載能力，破碎煤體單軸抗壓強度提高至54MPa，減少了巷道掘進期間頂煤破碎現象。

（2）通過對1216運巷原頂板支護進行優化，提高了錨桿（索）支護效果，保證了懸吊支護作用，避免了不穩定巖體因支護不合格出現離層現象，巷道在后期掘進階段，未出現頂板支護失效現象，頂板支護合格率提高至94%以上。

（3）通過對施工巷道架設U29型鋼棚后，進一步提高了頂板穩定性，避免了頂板冒頂、垮落事故發生。通過實際觀察發現，1216運巷架設鋼棚后在后期掘進期間，巷道頂板未出現大面積冒頂事故，頂板最大下沉量控制在0.15m以下。

（4）通過對施工巷道進行噴漿施工，不僅加強了巷道支護強度，防止了煤體片幫抽頂現象，而且通過噴漿可在破碎煤體外表形成隔絕層，有效防止了煤體風化自燃現象。1216運巷噴漿后在后期掘進過程中，巷道內CO濃度控制在0.0003%以下，未出現過工作面瓦斯超限斷電現象。