石門巷道大范圍冒落區(qū)人工造頂技術(shù)施工工藝

摘要：開灤錢家營礦-850石門巷道在揭煤施工中出現(xiàn)瓦斯壓力異常現(xiàn)象，迎頭形成巨大冒落區(qū)，可探測空間高度超過10m，工程嚴(yán)重受阻，通過采取人工造頂技術(shù)，安全穿過冒落區(qū)。

關(guān)鍵詞：冒落區(qū);石門巷道;人工造頂

一、工程概況

錢家營-850石門巷道設(shè)計凈規(guī)格4.8m×3.4m（寬×高），設(shè)計工程量1491m，支護(hù)方式為錨噴支護(hù)，遇煤層或構(gòu)造帶時支護(hù)方式改為錨網(wǎng)噴加雙趟錨索聯(lián)合支護(hù)。巷道掘進(jìn)870m處時，礦壓顯現(xiàn)明顯，斷面收斂率日達(dá)2-5%，一周內(nèi)變形可達(dá)6-8%，且在加固8m錨索時錨孔見煤、坍孔嚴(yán)重且打不到穩(wěn)定巖層。隨后巷道掘進(jìn)迎頭出現(xiàn)瓦斯壓力異常、涌出松散煤巖體近500t，坍冒形成1000m3左右空洞，施工中斷達(dá)兩年。

二、冒落區(qū)探測

采用瞬變電磁探測發(fā)現(xiàn)：巷道迎頭前方有兩處低阻區(qū)域，區(qū)域內(nèi)巖層視電阻率值較之周圍巖層相對較低，推斷可能為地層差異;在巷道正前方約70m處上方，存在一異常區(qū)，其視電阻率較之周圍圍巖低，推斷可能為冒落空硐。

采用YZT--Ⅱ型巖層探測儀進(jìn)行鉆孔窺視勘察發(fā)現(xiàn)：巷道圍巖可窺視范圍最大破壞深度為8.6～12m。

采用應(yīng)力解除法在-850石門巷道鉆場區(qū)域測定結(jié)果表明：-850水平原巖應(yīng)力場主應(yīng)力接近水平方向，最大主應(yīng)力為水平主應(yīng)力бhmax，方位平均138.85°，最小水平主應(yīng)力бhmin，方位平均為230.55°，бhmax/бhmin比值平均為2.43，可見-850石門巷道受水平應(yīng)力方向性影響明顯。實測原巖應(yīng)力場垂直應(yīng)力為20.38MPa，垂直應(yīng)力是導(dǎo)致巷道兩幫破壞的主要因素。

三、冒落區(qū)對策分析

針對-850石門巷道瓦斯壓力較大、圍巖破碎流變特性，結(jié)合國內(nèi)技術(shù)經(jīng)驗[1-3]，分析對策如下：

（一）多導(dǎo)孔置換高位瓦斯。在冒落區(qū)開大直徑鉆孔，以強(qiáng)力通風(fēng)、噴水和噴漿液稀釋置換瓦斯。

（二）高強(qiáng)水泥固化巷道圍巖。在冒落區(qū)周圍采用高強(qiáng)水泥固化圍巖體，通過超前鉆孔注漿，達(dá)到驅(qū)逐毒害氣體和圍巖固結(jié)目的。

（三）松散巖體內(nèi)造頂。在松散巖體內(nèi)通過二次注漿，安設(shè)多層次、多角度注漿錨桿，通過低壓力、多時段反復(fù)注漿，實施松散巖體內(nèi)造頂技術(shù)。

（四）分布式注漿成巷。在固化松散體的基礎(chǔ)上，以小斷面、小塊體掘進(jìn)，每個小塊體及時注漿自固，形成小斷面板塊到大斷面的疊加，最終成巷。

（五）大底板塊支護(hù)結(jié)構(gòu)。針對石門巷道高地壓、大冒落和非對稱壓力的特點，采取特大不封閉澆筑板塊（使非對稱應(yīng)力有釋放空間），以阻止水平應(yīng)力對支護(hù)的破壞。

四、施工工藝

結(jié)合-850石門巷道生產(chǎn)、地質(zhì)條件，采用大冒落區(qū)立體置換人工造頂技術(shù)對巷道進(jìn)行加固處理。整體施工流程為：采取鉆孔輸送新鮮空氣、置換高濃度瓦斯→液體壓逸、即瓦斯?jié)舛认♂尯笸ㄟ^鉆孔噴射高壓水、沖洗煤塵，進(jìn)一步降低空洞瓦斯?jié)舛群蜏囟取缮Ⅲw固結(jié)、通過鉆孔噴水泥漿固結(jié)冒落巖石→噴射混凝土、充填冒落空間和固結(jié)頂板。施工過程中堅持“抗讓”結(jié)合、及時泄壓、適時補(bǔ)強(qiáng)等原則，通過多層次、多時段注漿固結(jié)，人工造頂，同時重視支護(hù)工藝，確保安全施工和有效的支護(hù)。

（一）瓦斯置換

以兩米為一循環(huán)，漸進(jìn)施工。每循環(huán)斷面布置兩個進(jìn)風(fēng)孔、五個排氣孔，規(guī)格Φ80～160㎜×3000～5000㎜。超前冒落點10米布置探孔，探清空洞位置和瓦斯?fàn)顩r后向空洞內(nèi)立體置換。每排由巷頂布置進(jìn)風(fēng)孔、排氣孔，在排氣孔內(nèi)設(shè)6分的壓風(fēng)軟管，控壓控速情況下向空洞漸進(jìn)壓風(fēng)，實時監(jiān)測排氣孔、巷道內(nèi)瓦斯?jié)舛龋_保不超限、循序供風(fēng)。排氣孔瓦斯?jié)舛鹊陀?%情況下，采用Ф90mm噴漿軟管通過排氣孔噴水、每次10分鐘，降低空洞內(nèi)溫度和粉塵。同樣手段通過排氣孔噴水泥漿，每孔噴0.5m3左右，根據(jù)實際調(diào)控，封閉空洞內(nèi)巖壁，切斷瓦斯涌出途徑。通過排氣孔向空洞內(nèi)噴射混凝土，以噴滿為原則，封閉正頂以外的所有鉆孔。進(jìn)行注漿，漿液從正頂孔外溢后停止，封閉正頂孔。再次加壓注漿1～1.5m3，適時停止注漿。

（二）人工造頂

利用超前注漿錨桿固化松散巖體，錨桿間排距300×300㎜，其中傾角6°和傾角45°間隔布置，超前錨桿規(guī)格為Φ24×2200㎜。以注漿量控制每個孔，每孔不超過1m3，溢漿即停。注漿漿液水灰比為0.5～0.6：1。注漿壓力控制在1.5Mpa以下。

松散巖體下人工造頂。噴層按承載10米以上的圍巖松散體設(shè)計，噴層厚度設(shè)計為330㎜，實際控制340㎜。四層次噴層，一層次噴厚80㎜、二層次噴厚100㎜、三層次噴厚100㎜、四層次噴厚60㎜。噴層置入雙層次鋼絲繩和一層次鋼筋網(wǎng)，確保噴層支護(hù)強(qiáng)度和韌度。

（三）支護(hù)設(shè)計

根據(jù)-850主石門使用功能，巷道采用半圓拱形，設(shè)計毛斷面6.6m×5.2m（寬×高）=27.45㎡，凈斷面5.6m×4.7m（寬×高）=20.15㎡。同時采取預(yù)控注漿、三錨四噴層、地腳泄壓支護(hù)進(jìn)行強(qiáng)化。

巷道支護(hù)錨桿規(guī)格為Φ22×2400㎜高強(qiáng)錨桿，間排距800×800㎜。錨桿分三個層次置入混凝土噴層中：第一層次錨桿置入一噴層后、第二層錨桿次置入二噴層后、三層次錨桿置入三噴層后。

（四）泄壓槽設(shè)計

設(shè)計采用泄壓槽支護(hù)結(jié)構(gòu)阻斷應(yīng)力傳遞。泄壓槽設(shè)計在巷道兩幫地腳，水溝側(cè)1600×1000㎜（寬×深）;無水溝側(cè)1200×800㎜（寬×深）。采取Φ24×2200㎜注漿錨桿，底板注漿，然后混凝土澆筑構(gòu)筑板塊底。底開挖后即注漿，普氏系數(shù)4以下巖石3～5d澆筑，普氏系數(shù)4以上巖石5～10d澆筑。

（五）注漿錨桿設(shè)計

第三層次噴漿后實施注漿巷道主支護(hù)。注漿錨桿規(guī)格Φ24×2200㎜（底部注漿錨桿長1600㎜），間排距1400×1400㎜。注漿孔深度：頂板3000㎜、幫部2600㎜、底板2000㎜。第一層次注漿時長20～30天，第二層次注漿時長6個月左右，如果巖性變化即進(jìn)行二層次注漿。人工造頂施工效果見圖1。

五、人工造頂施工效果

通過采用人工造頂技術(shù)，-850石門巷道施工86m順利通過冒落區(qū)、成功揭煤，目前已竣工20多個月，監(jiān)測兩幫移進(jìn)量最大為42㎜、底板移進(jìn)量最大83㎜、兩幫移進(jìn)量小于0.6%、底板移進(jìn)量小于2%，滿足使用要求，目前該巷道基本穩(wěn)定。

六、結(jié)論

（一）錢家營煤礦-850石門巷道瓦斯壓力大、圍巖破碎嚴(yán)重、水平應(yīng)力影響明顯，掘進(jìn)過程中易發(fā)生大面積冒頂災(zāi)害。（二）采用人工造頂技術(shù)，施工瓦斯置換、人工造頂、支護(hù)設(shè)計、泄壓槽設(shè)計、注漿錨桿設(shè)計工藝后，-850石門巷道正常施工86m，安全通過冒落區(qū)。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡介：

劉金廣（1973-），男，河南南陽人，碩士研究生，高級工程師，主要從事煤礦巷道掘進(jìn)的設(shè)計和施工管理工作。