管棚超前預(yù)支護(hù)在過(guò)破碎含水陷落柱中的應(yīng)用

李冰哲

（山西晉煤集團(tuán)沁秀公司岳城煤礦， 山西 晉城 048006）

引言

在巷道掘進(jìn)過(guò)程中經(jīng)常會(huì)遇到斷層破碎帶，它影響了掘進(jìn)速度，而且給安全生產(chǎn)帶來(lái)了負(fù)面因素。所以選擇合理的支護(hù)方法是達(dá)到過(guò)斷層陷落柱安全、快速、可靠的關(guān)鍵。特別在遇到含水量較大、頂板破碎嚴(yán)重的陷落柱構(gòu)造區(qū)，需要采用先管棚注漿，后掘砌通過(guò)的施工方案，結(jié)合“短探、短注、短掘”工藝[1]，保證陷落柱區(qū)域順利通過(guò)。以岳城煤礦1307工作面為例，工作面回采至390 m 時(shí)遇到陷落柱DX214，巷道頂?shù)装遄冃螄?yán)重且呈現(xiàn)流變性，采用了管棚預(yù)支護(hù)+超前預(yù)注漿+補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)后，有效保持了頂?shù)装鍑鷰r的整體結(jié)構(gòu)，具有一定的借鑒意義。

1 現(xiàn)場(chǎng)概況

岳城煤礦1307 工作面為該礦西翼第三個(gè)工作面。該工作面長(zhǎng)度756 m，可采長(zhǎng)度708 m，煤層的平均厚度為4.66 m，采高3 m，煤層傾角1°～9°，工作面主要構(gòu)造為陷落柱和正斷層。其工作面位置如圖1。

圖1 1307 工作面及DX214 陷落柱位置圖

1307 工作面回采至390 m 時(shí)，物探報(bào)告分析存在陷落柱DX214，長(zhǎng)軸約72 m，短軸約65 m，陷落柱影響巷道前方至少100 m 范圍。陷落柱前后50 m 左右范圍內(nèi)巷道頂?shù)装鍑鷰r變形嚴(yán)重且不規(guī)則分布，松散軟巖呈現(xiàn)出較強(qiáng)的流變性。因此有必要對(duì)陷落柱前后進(jìn)行管棚預(yù)支護(hù)+超前預(yù)注漿+補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)的聯(lián)合支護(hù)方法，保證工作面安全高效回采。

2 支護(hù)方案

2.1 方案選擇

針對(duì)不導(dǎo)奧灰水地質(zhì)條件下陷落柱情況設(shè)計(jì)不同的支護(hù)方案：

1）當(dāng)陷落柱異常帶區(qū)域頂板不破碎時(shí)，順槽擬采用的設(shè)計(jì)方案為：架棚+錨桿（索）；大巷擬采用的設(shè)計(jì)方案為：架棚+錨桿（索）+噴砼全斷面支護(hù)體系。

2）當(dāng)陷落柱異常帶區(qū)域頂板極度破碎時(shí)，順槽擬采用的設(shè)計(jì)方案為：超前預(yù)注漿加固+架棚+錨桿（索）；大巷擬采用的設(shè)計(jì)方案為：超前預(yù)注漿加固+可伸縮性U 型金屬棚+錨桿（索）+噴砼全斷面支護(hù)體系[2]。

3）當(dāng)陷落柱異常帶區(qū)域頂板含水極度破碎時(shí)，擬采用的設(shè)計(jì)方案：超前管棚支護(hù)+預(yù)注漿加固+可伸縮性U 型金屬棚支護(hù)體系。

2.2 參數(shù)設(shè)計(jì)

2.2.1 管棚尺寸

2.2.1.1 棚長(zhǎng)度

采用長(zhǎng)度小于10 m 的短管棚，管棚長(zhǎng)度可按下式確定：

式中：L為管棚長(zhǎng)度，m；φ 為圍巖的內(nèi)摩擦角，（°）；H為圍巖的塌落高度，m。

根據(jù)岳城煤礦巷道圍巖條件及巷道情況，巷道一次開(kāi)挖長(zhǎng)度一般為10 m，圍巖塌落高度在5～13 m左右，同時(shí)結(jié)合巖體的內(nèi)摩擦角φ，初取L=6 m。

2.2.1.2 鋼管規(guī)格

鋼管示意圖如下頁(yè)圖2。

鋼管一般采用熱軋無(wú)縫鋼管，首節(jié)管端削成錐狀便于導(dǎo)向插入，兩根鋼管連接時(shí)宜采用100 mm 左右的絲扣連接。同時(shí)為便于水順利流入鋼管，安裝時(shí)被切削的一面垂直朝上布置。

2.2.2 管棚位置參數(shù)

1）開(kāi)孔位置。為保證管棚結(jié)構(gòu)剛性，管棚的開(kāi)孔位置不能與輪廓線過(guò)遠(yuǎn)，尤其是小直徑管棚距離要求更高，一般取鋼管中心距離開(kāi)挖輪廓線30 cm。

2）環(huán)向間距。管棚間距與施工精度、相鄰管棚間巖土的穩(wěn)定性和防水系數(shù)相關(guān)。環(huán)向間距一般取0.3～0.4 m。

3）傾角。U 型棚鋼管布置圖如圖3 所示。

圖2 鋼管示意圖（單位：mm）

圖3 管棚支護(hù)斷面圖（單位：mm）

鉆孔施工時(shí)，為有效抵消鉆頭下垂引起的侵限問(wèn)題，實(shí)際施工時(shí)會(huì)向巷道道輪廓外有個(gè)角度，一般根據(jù)管棚長(zhǎng)度，仰角范圍為1°～5°[3]。而對(duì)于含水量較大的巷道，管棚有一定的仰角有利于水的流入。由于本方案設(shè)計(jì)管棚長(zhǎng)度6 m 為短管棚，所以采用較大仰角設(shè)計(jì)為5°，方向與線路中線平行。

4）搭接長(zhǎng)度：U 型鋼棚距為800 mm，為保證前后兩根管棚搭接牢固可靠，設(shè)計(jì)鋼管搭接長(zhǎng)度為1 200 mm，如圖4 所示。

支護(hù)效果圖見(jiàn)圖5。

圖4 管棚搭接示意圖（單位：mm）

圖5 管棚支護(hù)效果圖

2.3 施工要求

1）提前對(duì)構(gòu)造進(jìn)行探測(cè)，掌握構(gòu)造類型、分布區(qū)域，為修改完善支護(hù)設(shè)計(jì)和巷道安全施工奠定前提基礎(chǔ)。

2）微震爆破或使用機(jī)械掘進(jìn)。炮掘時(shí)要合理布置掏槽，減少裝藥量，防止震動(dòng)過(guò)大出現(xiàn)冒頂片幫事故。機(jī)械掘進(jìn)時(shí)，截齒從巷中向周邊破巖，預(yù)留周邊用風(fēng)鎬刷大到設(shè)計(jì)斷面。

3）超前支護(hù)。超前支護(hù)除了超前預(yù)注漿、使用探頂桿外，如果工作面圍巖隨掘隨冒，采用撞楔法超前護(hù)幫護(hù)頂。如果工作面片幫嚴(yán)重，采取先架棚后出巖的方式施工，確保支架緊貼迎頭巖面。

4）無(wú)論斷層與陷落柱，極易于含水，如果過(guò)斷層和陷落柱時(shí)，水量過(guò)大，支護(hù)時(shí)要考慮留有泄水孔。如果水量過(guò)大，探明水的來(lái)源，若水與承壓水有關(guān)聯(lián)，嚴(yán)格按照煤礦承壓水防治要求執(zhí)行。

5）由于構(gòu)造帶煤巖層松軟破碎并一定程度含水，故錨桿錨索的可錨性與注漿質(zhì)量密切相關(guān)。施工中，對(duì)錨桿和錨索的可錨性通過(guò)拉拔試驗(yàn)進(jìn)行檢測(cè)。滯后再次注漿對(duì)于增強(qiáng)可錨性有重要關(guān)系。

3 效果驗(yàn)證

工作面管棚預(yù)支護(hù)+預(yù)注漿通過(guò)陷落柱后，分別對(duì)巷道圍巖應(yīng)力和頂?shù)装濉蓭鸵平窟M(jìn)行對(duì)比監(jiān)測(cè)。監(jiān)測(cè)結(jié)果表明，工作面進(jìn)入陷落柱后，巷道變形進(jìn)入加速階段，隨后逐漸趨于收斂，在礦壓監(jiān)測(cè)周期一個(gè)月內(nèi)收斂量達(dá)到穩(wěn)定，破碎帶圍巖自穩(wěn)。頂?shù)装遄畲笃骄平繛?17 mm，兩幫收斂量為133 mm；頂?shù)装逡平烤笥趦蓭褪諗苛俊?/p>

4 結(jié)論

1307 工作面回采期間，隨著工作面推進(jìn)巷道初期頂板下沉量、頂?shù)装迨諗苛亢蛢蓭妥冃嗡俾示^快，兩周左右后各項(xiàng)位移曲線逐漸變緩。30 d 內(nèi)頂?shù)装遄畲笫諗苛繛?17 mm，趨于穩(wěn)定，巷道兩幫30 d內(nèi)最大收斂量為133 mm。說(shuō)明基于管棚支護(hù)的超前加固聯(lián)合支護(hù)技術(shù)對(duì)復(fù)雜地質(zhì)條件下松軟破碎煤巖巷道的變形控制極為有效，管棚支護(hù)對(duì)于緩解陷落柱柱體邊界高應(yīng)力變形效果明顯。