管棚超前預支護在煤巷過陷落柱中的應用

申帥帥

（山西晉煤集團趙莊煤業，山西 晉城 048006）

在巷道掘進和回采過程中經常會遇到斷層陷落柱等破碎帶，選擇合理的支護方法是安全、快速、可靠地過斷層陷落柱的關鍵。特別在遇到含水量較大、頂板破碎嚴重的陷落柱構造區，需要采用先管棚注漿、后通過的施工方案，結合“短探、短注、短掘”工藝[1]，保證陷落柱區域順利通過。以趙莊煤業1307 工作面為例，工作面回采至390 m 時遇到陷落柱DX214，巷道頂底板變形嚴重且呈現流變性，采用了管棚預支護+超前預注漿+補強支護后，有效保持了頂底板圍巖的整體結構。

1 概況

1307 工作面位于一盤區， 工作面長度756 m，可采長度708 m，煤層平均厚度為4.66 m，采高3 m，煤層傾角1～9°。其工作面位置如圖1 所示。1307工作面回采至390 m 時，物探報告分析存在陷落柱DX214，長軸約72 m，短軸約65 m，陷落柱前后50 m 左右范圍內巷道頂底板圍巖變形嚴重且不規則分布，松散軟巖呈現出較強的流變性。

圖1 1307 工作面及DX214 陷落柱位置圖

針對1307 工作面地質條件，對13072 巷掘進過DX214 陷落柱前后50～100 m 采用超前預注漿加固+可伸縮性U 型金屬棚[2]進行全斷面支護，對陷落柱前后50 m 左右范圍內采用超前管棚支護+預注漿加固+可伸縮性U 型金屬棚支護。

2 支護設計

2.1 管棚尺寸

2.1.1 管棚長度

采用長度小于10 m 的短管棚，管棚長度可按下式確定：

式中：

L-管棚長度，m；

φ-圍巖的內摩擦角，°；

H-圍巖的塌落高度，m。

根據趙莊煤業巷道圍巖條件及巷道情況，巷道一次開挖長度一般為10 m，圍巖塌落高度在5～13 m左右，同時結合巖體的內摩擦角φ，初取L=6 m。

2.1.2 鋼管規格

鋼管示意圖如圖2 所示。

圖2 鋼管示意圖

鋼管一般采用Ф50×5 的熱軋無縫鋼管，首節管端削成錐狀便于導向插入，兩根鋼管連接時宜采用100 mm 左右的絲扣連接。為便于水順利流入鋼管，安裝時被切削的一面垂直朝上布置。

2.2 管棚位置參數

2.2.1 開孔位置

為保證管棚結構剛性，管棚的開孔位置不能與輪廓線過遠，尤其是小直徑管棚距離要求更高，一般取鋼管中心距離開挖輪廓線30 cm。

2.2.2 環向間距

管棚間距與施工精度、相鄰管棚間巖土的穩定性和防水系數相關。環向間距一般取0.3～0.4 m。

2.2.3 傾角

U 型棚鋼管布置圖如圖3 所示。

圖3 管棚支護斷面圖

鉆孔施工時，為有效抵消鉆頭下垂引起的侵限問題，實際施工時會向巷道輪廓外有個角度，一般根據管棚長度，仰角范圍為1～5°[3]。而對于含水量較大的巷道，管棚有一定的仰角有利于水的流入。由于本方案設計管棚長度6 m 為短管棚，所以采用較大仰角設計為5°，方向與線路中線平行。

2.2.4 搭接長度

U 型鋼棚距為800 mm，為保證前后兩根管棚搭接牢固可靠，設計鋼管搭接長度為1200 mm，如圖4 所示。

圖4 管棚搭接示意圖

支護效果圖如圖5 所示。

圖5 管棚支護效果圖

3 施工技術要求

（1）提前對構造進行探測，掌握構造類型、分布區域，為修改完善支護設計和巷道安全施工奠定前提基礎。

（2）微震爆破或使用機械掘進。炮掘時要合理布置掏槽，減少裝藥量，防止震動過大，出現冒頂片幫事故。機械掘進時，截齒從巷中向周邊破巖，預留周邊用風鎬刷大到設計斷面。

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

（4）無論斷層與陷落柱，極易于含水，如果過斷層和陷落柱時水量大，支護時要考慮留有泄水孔。如果水量過大，探明水的來源，若水與承壓水有關聯，嚴格按照煤礦承壓水防治要求執行。

4 應用效果

13072 巷采用管棚預支護+預注漿通過陷落柱后，分別對巷道圍巖應力和頂底板、兩幫移近量進行對比監測。監測結果表明，工作面進入陷落柱后，巷道變形進入加速階段，隨后逐漸趨于收斂，在礦壓監測周期一個月內收斂量達到穩定，破碎帶圍巖自穩。頂底板最大平均移近量為217 mm，兩幫收斂量為133 mm，頂底板移近量均大于兩幫收斂量。