掘進工作面頂板控制技術在特殊地質條件下的應用研究

明根永

摘? ?要：瓦斯、水、火以及頂板事故等被稱為煤礦中的五大災害，其中頂板事故發生頻率相對較高，嚴重威脅相關工程施工人員的生命財產安全，并為未來煤礦作業人員埋下巨大安全隱患。鑒于此，本文結合實際施工案例提出針對特大斷面這種特殊地質條件的支護方案，以期對煤礦的安全生產、煤礦頂板施工起到有利參考，促使我國煤炭產業實現可持續發展。

關鍵詞：特殊地質條件? 特大斷面巷道頂板支護? 頂板控制技術? 頂板工作面

現階段，隨著特殊地質掘進施工技術的不斷發展，掘進工作相關的頂板控制技術水平得以快速進步，并主要融括：特近距離每層、薄基巖特殊條件、斷層部分等多種類型的掘進工作面。上述工作實際開展過程中共同面臨支護難度較高，安全隱患相對較多等等一系列問題。本文針對此類問題，充分探討分析了特殊地質情況，即特大斷面巷道的掘進工作面頂板管理控制。同時，充分結合巷道掘進工作面實際案例，從解決實際問題的角度提出錨、網以及鋼帶的聯合性專業支護方案，有效提升了巷道頂板的穩定性，不僅從根本上提升了施工質量和施工安全質量，同時也從經濟層面對成本節約起到良好效果。

1? 特大斷面巷道頂板支護基本情況分析

在現代科學技術不斷發展、科學儀器設備不斷更新換代的背景下，我國煤炭產業快速發展，高產量、高效率的工作面總體數量迅猛增長。和此類工作面匹配的主要是大斷面或者特大斷面，回采巷道數量也在不斷提升，頂板支護的復雜程度、難度系數也在隨之增加。

現階段，我國厚煤層總體產量和儲量，在眾多國有重點煤礦當中，分別占據比例均超過45%。開采程度超過5m的超厚煤層生產礦井數量占比也超過了35%。在上述厚煤層條件相對普遍的情況下，回采巷道主要就是大斷面煤巷，這些煤巷的頂板支護整體水平的優劣，將直接決定煤礦常規性開采的效率和質量，對煤礦相關企業的經濟發展產生著重要影響。

2? 基于特大斷面的掘進工作面頂板控制技術在特殊地質條件下的應用研究

2.1 工程實際案例分析

A巷道掘進工作面受到斷層影響相對嚴重，產狀穩定性較低，巖層主要是較為松散的粉末狀態。煤層傾角大約在19～22°之間，平均傾角大約為20.5°左右。工作面煤層最大厚度大約在5.15m，最小厚度約為4.45m，平均厚度約為4.685m。每層頂板巖層從上到下的順序依次為，粗粒砂巖部分、斷層角爍巖部分以及中粒砂巖部分。巷道斷面基本為直墻半圓拱狀，寬度在4250～4350mm之間，高度在3150～3200mm之間，墻高約為1650mm，凈斷面大約為9.5m2。

2.2 巷道頂板支護具體設計方案

以上述特大斷面煤巷相關現場調查研究數據和情況為出發點，對具體方案進行科學化分析，提出錨、網、鋼帶的系統化聯合支護方案，對巷道頂板進行有效支護，繼而適應A工程當中煤巷地質結構，同時能夠對巷道內部圍巖形成有效優化改善效果，保障煤巷施工過程中的可靠性、穩定性和安全性。

（1）巷道頂板應用高強度預拉力錨桿，配合鋼以及金屬網的系統化聯合性支護方法，在鋼帶、金屬網以及錨桿錨力的復合型作用之下，頂板區域巖石逐漸形成一種不但具備較強自穩定性，又具有較強支撐能力的一體化剛性支撐體，也就是組合梁。同時，兩幫能夠當作穩定的支撐點，頂板壓力由上述組合梁傳送到巷道的兩邊縱深區域。

（2）巷道高低幫應用籬笆網、鋼帶、錨桿的雙抗型聯合性支護方法。在金屬網的作用下，能夠對錨桿之間煤礦體形成嚴密網兜，并且和鋼帶能夠產生聯合性作用，將全部錨桿實質性鏈接為一個整體，大幅提升巷壁抵抗側面壓力的水平。

2.3 具體施工方案

（1）巷道頂板選用六根全螺紋左旋鋼高強度預拉力錨桿+4500mm長M5型號鋼帶以及孔徑較小的金屬網，實施聯合性支護。錨桿長度為2400mm、直徑為20mm，各個錨桿配有直徑為28mm的鉆孔，三段zk2500型號樹脂藥卷加大錨固。同時，錨桿和錨桿之間的距離以及行距分別為900mm和650mm。

（2）巷道低幫區域選用3個2000mm、直徑20mm的螺紋左旋鋼錨桿，以及2000mm長M5型號鋼帶和鋼芭網，實施雙抗型聯合性支護。其中，錨桿和錨桿之間的距離以及行距分別為950mm和650mm。

（3）巷道高幫選用5個長度為2000mm、直徑為20mm的螺紋左旋鋼錨桿，以及長度為3500mm的M5型號鋼帶和鋼芭網，進行雙抗型聯合性支護。錨桿和錨桿之間的距離以及行距分別為900mm和650mm，底角錨桿巷地板的方向帶30°上下的角度，貼近頂板的錨桿需要順著煤層傾角進行合理布置。

2.4 控制要點以及具體施工工藝

此特大斷面巷道頂板支護工程施工方案的主要流程如下：巷道開挖——出煤——鋪頂金屬網和鋼帶壓網——進行臨時性支護——進行頂部施工、錨桿支護等工作——兩幫掛鋼芭網以及鋼帶壓網和雙抗網——兩幫施工螺紋左旋鋼錨桿支護。

（1）具體鋪設網的要求：從頂板中間部位向兩側進行邊鋪，兩側網超過肩窩，幫部位網超過底角。同時，要求鋪設網的過程中，要確保其接搭長度不得小于120mm，接扣和接扣之間的距離不得超過120mm，繼而有效保障相關強度要求以及保封閉連接的達標。

（2）鉆孔的相關質量標準：孔洞的垂直度需要保持在較高的水平，在進行鉆桿接換的過程當中，需要保障鉆孔設備位置不發生改變，并保持一條中心線;孔洞的深度需要盡量的準確，要求選用和錨桿長度相同的鉆桿完成鉆桿施工，同時誤差需要控制在20mm以下;對孔壁進行嚴格清潔，確保孔壁上沒有雜質，具體而言，在鉆孔全部完工以后，需要對孔洞內部用清水進行反復性沖洗，直到內部沒有煤巖粉為止。

（3）錨桿安裝的相關質量要求：首先，施工設備必須全面滿足攪拌工作的要求，選用氣板機進而二次預緊，滿足錨桿高強度預緊力的需求，有效確保達到錨桿要求的預緊力;其次，攪拌工作需要及時，以勻速攪拌的方式直到孔底，確保總體攪拌時間超過30s;再次，等待時間需要充足，確保50s以后樹脂凝固可以實現一次上緊;第四，需要有專門人員對錨桿實施二次加扭。

（4）錨索安裝的質量性需求：首先，錨索鉆孔施工進行的實際過程當中，需要保障鉆孔的直徑要求、錨索直徑和藥卷直徑的系統性、合理化匹配;其次，孔洞的深度需要適當;不能發生深度過大或者是過小的情況，確保鋼絞線外露達到250mm以上;最后，鉆孔的過程中必須確保鉆機垂直，盡可能不要抖動晃動鉆機設備，避免人為上的失誤導致鉆孔直徑超過需求。

2.5 實施效果

經過長達60余天的現場觀察，對該工程聯合性支護方案實施后的情況進行數據觀測。利用對巷道頂板位移、錨索受力等數據的分析結果可知，巷道頂板最大移動總量為50mm，最高移動速度為35mm，最高移動速度為3mm/d。

3? 結語

綜上所述，綜合工程實際案例，主要就特大斷面巷道特殊地質情況進行研究。在工程開展的過程中，應用了錨、網和鋼帶的聯合性技術，作為巷道頂板支護施工方案，繼而有效適應該工程項目的地質結構特點。

參考文獻

[1] 李俊濤，李勇宏.大斷面巷道快速掘進技術[A].中國煤炭學會煤礦建設與巖土工程專業委員會[C].中國煤炭學會煤礦建設與巖土工程專業委員會，2012.

[2] 張農，鄭西貴.復合頂板架棚留巷支護技術[A].中國煤炭學會開采專業委員會[C].中國煤炭學會開采專業委員會，2012.

[3] 吳瓊，楊春，高巖. 煤礦井下用工地點劃分與事故預防關系研究[A]. 中國職業安全健康協會行為安全專業委員會.第二屆行為安全與安全管理國際學術會議論文集[C].中國職業安全健康協會行為安全專業委員會，2015.