破碎頂板大斷面巷道聯(lián)合支護(hù)技術(shù)應(yīng)用

閆成柱

（霍州煤電集團(tuán)呂梁山煤電有限公司方山木瓜礦，山西 呂梁 033100）

1 概 述

霍州煤電集團(tuán)呂梁山煤電有限公司方山木瓜礦1001巷位于一采區(qū)準(zhǔn)備巷道左翼。工作面以東、南為實(shí)體煤，緊鄰一采區(qū)邊界，以西為10-1021巷，以北為一采區(qū)三條大巷。開(kāi)口47～296m區(qū)域上部為9-102采空區(qū)，影響區(qū)長(zhǎng)度為249m，層間平均厚度為9.5m。

1001巷掘進(jìn)煤層為10#煤層，平均厚度為2.85m，平均傾角為3°，煤層結(jié)構(gòu)復(fù)雜，煤層內(nèi)含三層炭質(zhì)泥巖。掘進(jìn)煤層無(wú)偽頂，直接頂主要以黑灰色泥巖為主，平均厚度為3.23m，基本頂主要以深灰色灰?guī)r為主，平均厚度為4.75m。1001巷設(shè)計(jì)斷面規(guī)格為寬×高=4.8×3.1m。根據(jù)工作面地質(zhì)條件，采用工程類(lèi)比法對(duì)錨桿組合形式進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，借鑒同類(lèi)型地質(zhì)條件10-106工作面的支護(hù)經(jīng)驗(yàn)，施工巷道采用錨桿、錨索聯(lián)合支護(hù)。每排布置6根長(zhǎng)度為2.0m左旋無(wú)縱筋螺紋剛錨桿，錨桿間距×排距=0.9×1.0m；頂板錨索采用長(zhǎng)度為5.0m、直徑為17.8mm預(yù)應(yīng)力錨索，每排施工3根，間距×排距=1.6×3.0m。

由于1001巷受上部9-102采空區(qū)影響，巷道掘進(jìn)至420m處頂板出現(xiàn)破碎現(xiàn)象，頂板錨桿、錨索失效現(xiàn)象嚴(yán)重。當(dāng)巷道掘進(jìn)至427m處頂板出現(xiàn)局部冒頂現(xiàn)象，頂板支護(hù)難度加大，巷道平均掘進(jìn)速度降低至3.9m/d。

2 1001巷頂板破碎冒落原因分析

（1）頂板巖體穩(wěn)定性差。1001巷頂板直接頂主要以炭質(zhì)泥巖為主，該巖體成層狀結(jié)構(gòu)，巖體普氏系數(shù)f=2.5，巖體不穩(wěn)定且承載能力低。在9-102采空區(qū)應(yīng)力與基本頂之間出現(xiàn)離層現(xiàn)象，無(wú)法形成穩(wěn)定的承載梁，巷道開(kāi)挖后頂板應(yīng)力加大，頂板出現(xiàn)破碎現(xiàn)象，且隨著應(yīng)力作用時(shí)間延長(zhǎng)，頂板破碎松動(dòng)圈范圍擴(kuò)大，嚴(yán)重時(shí)出現(xiàn)冒落現(xiàn)象。

（2）支護(hù)強(qiáng)度低。1001巷頂板采用錨桿長(zhǎng)度為2.0m，錨桿錨固段位于頂板不穩(wěn)定巖體內(nèi)，隨著頂板巖體破碎松動(dòng)圈范圍擴(kuò)大，錨桿錨固失效現(xiàn)象嚴(yán)重，無(wú)法起到預(yù)期支護(hù)效果。頂板錨索雖然錨固端位于堅(jiān)硬頂板內(nèi)，但是單錨索支護(hù)屬于點(diǎn)性支護(hù)，同一排錨索無(wú)法起到聯(lián)鎖支護(hù)作用，在應(yīng)力作用下錨索間巖體易出現(xiàn)破碎現(xiàn)象。

（3）擾動(dòng)破壞嚴(yán)重。1001巷頂板采用MT-130型風(fēng)動(dòng)錨索鉆機(jī)配套六棱中空鉆孔進(jìn)行鉆孔施工，鉆機(jī)鉆孔期間平均風(fēng)壓為0.7MPa，在鉆孔過(guò)程中受壓風(fēng)對(duì)巖體產(chǎn)生致裂效應(yīng)，導(dǎo)致頂板裂隙增加。而且頂板布置的支護(hù)鉆孔數(shù)量多，破壞了頂板整體穩(wěn)定性，加劇了頂板破碎。

3 1001巷破碎頂板聯(lián)合支護(hù)措施

為了提高1001巷破碎頂板穩(wěn)定性，加強(qiáng)頂板支護(hù)效果，木瓜礦生產(chǎn)技術(shù)科通過(guò)研究，采用錨桿注漿支護(hù)與π型鋼棚支護(hù)聯(lián)合支護(hù)措施進(jìn)頂板維護(hù)。

3.1 錨桿注漿支護(hù)

（1）支護(hù)原理：錨桿注漿支護(hù)主要是利用支護(hù)鉆孔作為注漿鉆孔，減小鉆孔施工工程量，降低鉆孔施工時(shí)對(duì)不穩(wěn)定頂板產(chǎn)生的擾動(dòng)破壞。在錨固過(guò)程中，采用專(zhuān)用注漿錨桿對(duì)鉆孔圍巖進(jìn)行高壓注漿，實(shí)現(xiàn)全錨支護(hù)，填充了頂板煤巖體裂隙帶，提高了巖體承載能力。

（2）支護(hù)器具：注漿錨桿、封孔器、直徑為8mm注漿軟桿、2ZBQ氣動(dòng)注漿泵、支護(hù)托板等。其中錨桿長(zhǎng)度為3.5m，錨桿直徑為25mm，錨桿內(nèi)部為14mm注漿圓孔，距錨桿錨固段1.0m處位于錨桿四周依次布置三個(gè)直徑為12mm外圍圓孔，圓孔排距為0.5m，如圖1所示。

（3）施工工藝：① 首先采用MT-130錨索鉆具，配套六棱中空鉆桿以及30mm“八”字型鉆頭進(jìn)行支護(hù)鉆孔施工，鉆孔深度為3.2m，每排施工5個(gè)支護(hù)孔，孔間距為1.0m，排距為1.5m；② 支護(hù)鉆孔施工完好，向鉆孔底部填裝兩支錨固劑，一支MSCK23/35型，一支MSK23/60型，然后安裝注漿錨桿并采用鉆具錨固，錨固長(zhǎng)度為0.9m，錨桿錨固后在距支護(hù)孔0.3m處安裝封孔器進(jìn)行封孔；③ 封孔后在錨桿內(nèi)埋入注漿軟管，軟管另一端與2ZBQ氣動(dòng)注漿泵連接，然后高壓注入聚氨酯粘合劑，注漿壓力為0.8MPa。

3.2 “π”型鋼棚支護(hù)

為了降低應(yīng)力對(duì)頂板剪切破壞作用，進(jìn)一步提高頂板承載能力，頂板錨桿注漿支護(hù)施工完后，在巷道內(nèi)架設(shè)“π”型鋼棚。

（1）“π”型鋼棚主要由11#工字鋼焊制而成，主要由棚腿（4根，每根長(zhǎng)度為1.6m）、“π”型頂梁（一根，長(zhǎng)度為4.8m）、卡纜、底座以及連接桿等部分組成。

（2）鋼棚安裝在滯后工作面5.0m處，鋼棚架設(shè)間距為1.5m，架設(shè)鋼棚前需對(duì)鋼棚安裝地點(diǎn)底板浮煤、頂板危巖進(jìn)行清理，并由地測(cè)科在巷道頂板及兩幫給定鋼棚安裝十字控制線。

圖1 錨桿注漿支護(hù)結(jié)構(gòu)剖面示意圖

（3）首先在巷道內(nèi)安裝鋼棚底座，底座采用地錨與底板固定。底座安裝后應(yīng)平整牢固，底座安裝后將第一節(jié)棚腿與底座采用螺母連接，第一節(jié)棚腿安裝后將第二節(jié)棚腿與第一節(jié)棚腿采用卡纜固定連接，并調(diào)整棚腿高度。在兩節(jié)棚腿中部巷幫施工兩根錨桿并采用夾板將棚腿與巷幫固定。

（4）兩幫棚腿安裝后安裝“π”型頂梁，安裝頂梁前需采用原木搭設(shè)工作盤(pán)，頂梁兩端與棚腿采用卡扣式連接，并采用螺母將頂梁“八”字型固定桿與棚腿進(jìn)行連接。

（5）鋼棚整體安裝后，在相鄰兩架鋼棚棚腿之間安裝四根連接桿，同時(shí)在相鄰兩架鋼棚頂梁之間安裝金屬托板，確保鋼棚能夠?qū)敯迦珨嗝嬷ёo(hù)。

4 結(jié)束語(yǔ)

1001巷在掘進(jìn)過(guò)程中采用“錨桿注漿+π型鋼棚”聯(lián)合支護(hù)措施，取得了顯著成效。

（1）減少鉆孔施工量。采用錨桿注漿支護(hù)時(shí)，支護(hù)鉆孔兼做注漿鉆孔，減少了頂板鉆孔數(shù)量，降低了對(duì)破碎頂板的擾動(dòng)破壞；降低了頂板支護(hù)工程量及勞動(dòng)作業(yè)強(qiáng)度，與傳統(tǒng)支護(hù)工藝相比，巷道每米支護(hù)時(shí)間縮短0.6h，巷道掘進(jìn)速度提高至6.7m/d。

（2）降低了支護(hù)成本費(fèi)用。原支護(hù)設(shè)計(jì)中每米巷道頂板需施工6根錨桿，1根錨索，1根鋼帶，支護(hù)材料費(fèi)用為820元，而采用錨桿注漿支護(hù)及架棚支護(hù)后，每米支護(hù)成本費(fèi)用為610元，過(guò)應(yīng)力破碎區(qū)可節(jié)約支護(hù)成本費(fèi)用為4.5萬(wàn)元。

（3）支護(hù)效果好。與傳統(tǒng)錨桿支護(hù)相比，錨桿注漿支護(hù)實(shí)現(xiàn)了錨桿全錨支護(hù)，解決了巖體松動(dòng)圈內(nèi)錨桿錨固失效現(xiàn)象，失效率由原來(lái)的24%降低至3%；提高了破碎巖體膠結(jié)穩(wěn)定性及承載能力；采用鋼棚支護(hù)進(jìn)一步提高了頂板穩(wěn)定性，防止了頂板下沉、冒落現(xiàn)象，通過(guò)觀察發(fā)現(xiàn)，架棚后頂板最大下沉量?jī)H為0.13m，鋼棚未出現(xiàn)變形現(xiàn)象。