富水性頂板條件下巷道安全施工及支護(hù)技術(shù)研究

宋東明

（山西焦煤霍州煤電公司方山店坪煤礦，山西 呂梁 033100）

1 掘進(jìn)巷道概況

方山店坪煤礦9-2032工作面位于水源村的西邊，店梁公路的北邊，最低處于白家溝里，標(biāo)高為+1115m。9-2032巷為回采巷，井下位于830水平北翼左翼，東與830軌道巷相通，西為井田邊境，南與9-205工作面（未掘進(jìn)）相鄰，北與9-201工作面（未掘進(jìn)）相鄰，巷道毛寬4600mm，毛高2700mm，毛斷面12.42m2。該巷按照地測(cè)科所標(biāo)定的中線沿8#煤層頂板施工，主要擔(dān)負(fù)著9-203回采工作面的進(jìn)料、進(jìn)風(fēng)等任務(wù)。

8#煤層厚度2m，煤層硬度f為3～4，煤層層理中等發(fā)育，煤層頂?shù)装迩闆r見表1。根據(jù)830水平軌道巷及9-200工作面掘進(jìn)資料和附近鉆孔資料分析，該工作面地質(zhì)構(gòu)造較簡(jiǎn)單，在掘進(jìn)過程中會(huì)有小斷層、裂隙出現(xiàn)。工作面水文地質(zhì)條件中等，水源主要為L1灰?guī)r含水層水，灰?guī)r水通過巖層裂隙或斷層導(dǎo)水，掘進(jìn)期間工作面正常涌水量為25m3/h，最大涌水量為60m3/h。

表1 煤層頂?shù)装迩闆r表

2 超前探水

9-2032巷采用EBZ-160型綜掘機(jī)沿煤層頂板截割并自行裝煤的施工方法掘進(jìn)。由于巖體中含有原始結(jié)構(gòu)面，為防止開挖期間頂板水涌入巷道，巷道掘進(jìn)前，采取超前探水措施。

（1）探水設(shè)備。根據(jù)地質(zhì)資料，該巷在掘進(jìn)過程中水源主要為L1石灰?guī)r含水層水，通過裂隙或斷層導(dǎo)入工作面。巷道使用的探水鉆機(jī)型號(hào)為：ZLJ-650。

（2）探孔設(shè)計(jì)。探孔呈扇形布置于煤層中，見圖1。探水孔設(shè)計(jì)4個(gè)，一個(gè)中心眼，兩個(gè)外斜眼，煤層頂板施工一個(gè)孔，編號(hào)為1#、2#、3#、4#。1#、2#、3#探水孔布置間距為1.0m，距底板1.3m處，方位為270°、255°、285°，傾角考慮與煤層傾角一致，超前鉆探距離為120m，允許掘進(jìn)90m，留設(shè)30m超前距；4#孔位于煤層頂板上，距頂板0.5m處，方位90°，傾角6°，斜距為121m。觀測(cè)探孔無異常后，由地測(cè)科下發(fā)允許掘進(jìn)通知單后，方可掘進(jìn)，掘進(jìn)90m，停止掘進(jìn)，組織探水，探水施工工序同上。

圖1 探水鉆孔的主要參數(shù)示意圖

（3）探孔技術(shù)要求。探放水終孔孔徑一般不得大于75mm，超前水平鉆距不得小于30m，止水套管長度不得小于10m。幫距是指最外側(cè)斜孔所控制的范圍，應(yīng)與超前距相同為30m，由探水隊(duì)負(fù)責(zé)操作，隊(duì)組配合進(jìn)行探放水。探巷期間，若鉆孔有水流出，不準(zhǔn)將鉆桿拔出，用木楔將鉆桿與探眼背緊，停止工作，撤出人員，立即匯報(bào)調(diào)度室。探巷期間及掘進(jìn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)煤巖松軟、片幫、來壓或鉆孔中的水壓、水量突然增大，以及有頂鉆等異狀時(shí)，必須停止鉆進(jìn)，但不得拔出鉆桿，現(xiàn)場(chǎng)負(fù)責(zé)人員應(yīng)立即向礦調(diào)度室報(bào)告，并派人監(jiān)測(cè)水情。如果發(fā)現(xiàn)情況危急時(shí)，必須立即撤出所有受水威脅地區(qū)的人員，然后采取措施，進(jìn)行處理。

3 支護(hù)設(shè)計(jì)

3.1 頂板支護(hù)

（1）頂錨桿長度的確定

根據(jù)加固拱原理設(shè)計(jì)錨桿長度如下：

式中：

L-錨桿長度，mm；

N-圍巖影響系數(shù)，取1.1；

W-巷道跨度，取4600mm；

該巷頂錨桿長度選擇2m。

（2）錨桿間、排距的確定

式中：

d-錨桿間、排距，mm；

L-錨桿長度，mm。

則：d≤0.7×2000=1400mm。

考慮到工作面實(shí)際情況，巷道凈寬4400mm，其間距取1400mm，排距取1200mm。

（3）錨桿直徑的確定

因此取錨桿直徑20mm。

綜上所述，頂錨桿選擇Φ20×2000mm的高強(qiáng)錨桿，間距1400mm，排距1200mm。

考慮到巷道頂板有含水層，根據(jù)相鄰巷道的礦壓觀察數(shù)據(jù)及支護(hù)經(jīng)驗(yàn)，頂板采用高強(qiáng)錨網(wǎng)梁+錨索聯(lián)合支護(hù)方案，見圖2。錨索在巷道正中布置一根，直徑為Φ15mm，長度為7000mm，排距為4800mm。過構(gòu)造或頂板破碎時(shí)，采用高強(qiáng)錨網(wǎng)梁+錨索復(fù)合支護(hù)，錨桿排距縮小為1000mm，錨索排距縮小為3600mm。

3.2 巷幫錨桿參數(shù)

（1）錨桿長度的確定

巷道兩幫潛在松塌區(qū)寬度L1：

式中：

h-巷道掘進(jìn)高度，取毛高2700mm；

φ-煤層內(nèi)摩擦角，煤層硬度系數(shù)f=3，φ=arctanf=71.56°。

錨桿長度：L=L1+L2+L3=438+330+30=798mm。

式中：

L2-幫錨桿伸出潛在松塌區(qū)的額定錨固長度，取330mm；

L3-幫錨桿外露長度，取30mm。

根據(jù)理論分析及實(shí)際抽取樣品檢查情況，決定幫部上部?jī)筛^桿長度取 1600mm。

結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)，錨桿長度選取1500mm圓鋼麻花桿體錨桿，并選用CK3633型樹脂錨固劑一條進(jìn)行錨固。

（2）錨桿直徑

因此該巷幫錨桿直徑取16mm。

（3）錨桿間、排距的確定

則：d≤0.7×1600=1120mm。

選擇Φ16mm×1600mm的圓鋼麻花桿體錨桿，采用“三、三”布置，間距均取1050mm，排距取1200mm，最上一根幫錨桿距頂板取200mm。

圖2 巷道支護(hù)斷面示意圖

4 結(jié)論

9-200工作面掘進(jìn)工程實(shí)踐表明，巷道掘進(jìn)前的超前探水方案保證了掘進(jìn)安全，采用高強(qiáng)錨網(wǎng)梁+錨索復(fù)合支護(hù)的巷道，有效控制了頂板下沉量，綜掘工藝減輕了開挖對(duì)巷道圍巖整體性的破壞，整個(gè)掘進(jìn)期間巷道無突水現(xiàn)象，該技術(shù)方案對(duì)類似地質(zhì)巷道掘進(jìn)具有較好的參考價(jià)值。