正幫礦11104 材料巷掘進工作面過斷層時頂板支護技術研究

馬艷龍

（山西汾西正幫煤業有限責任公司， 山西 孝義 032303）

山西是煤炭大省，煤炭資源分布廣泛，各類地質條件的煤層均有賦存，且較穩定，但部分礦井隨著開采年限的增加，穩定、較穩定的煤層逐漸減少，開始組織開采不穩定煤層，在不穩定煤層掘進過程中，經常會遇到斷層等地質構造，這些地質構造會導致頂板破碎，支護困難，嚴重的時候會發生冒頂事故，會直接影響掘進速度，為提高巷道掘進效率，加固巷道圍巖穩定性，研究掘進工作面遇到地質構造頂板支護技術是很有必要的，研究結果對以后的頂板管理工作具有一定的意義。

1 工程概況

山西汾西正幫煤業有限責任公司（全文簡稱正幫礦）11104 掘進工作面位于太原組10號+11號煤層，煤層平均厚度3.0 m，煤層走向東北，傾向西北，平均煤層傾角3°，煤層結構簡單，節理發育。沿11號煤層頂板掘進，巷道矩形斷面，凈高4 m，凈寬3 m，斷面設計12 m2，主要用于11104 綜采工作面回采期間出煤、進風、行人、運輸等。

1.1 巷道頂底板情況（見表1）

表1 巷道頂底板情況

1.2 地質構造情況

11104掘進工作面設計長度924 m，在掘進過程中將遇到3 條正斷層，2個陷落柱及1 條沖刷帶，具體情況見表2。

表2 巷道地質構造明細

2 掘進方法及工藝流程

2.1 施工方法

施工時采用EBZ-160 掘進機掘進。掘進時煤（矸）運輸方式以掘進機裝載部自行裝煤（碴）為主、人工攉煤（碴）輔助的方法裝載，皮帶機出碴的方式運輸。使用風動錨桿機、風鉆打錨桿、錨索進行支護。EBZ-160 型掘進機最大截割高度為4.8 m，最大截割寬度為5.0 m，11104 材料巷掘高為3.1 m，掘寬為4.2 m，可以一次截割成巷。

掘進時采用短掘短支的施工方法，每循環進尺為0.8 m。頂錨桿、錨索支護必須緊跟迎頭，揭露圍巖較好時，幫部最下2 根錨桿可滯后工作面4 排，圍巖破碎時必須緊跟工作面。截割前首先檢查工作面頂板是否完好，把頂、幫浮矸、活石處理完畢，確認無安全隱患后，方可啟動掘進機進行掘進。掘一排支護一排。掘進機截割完一個循環，將工作面的掘進落煤清理干凈并放到合適位置，進行工作面臨時支護。臨時支護工作完成后，觀察頂板及周圍圍巖有無跨落現象，確認工作面安全時，方可進行錨桿、金屬網和錨索永久支護，先頂后幫有順序地進行。永久支護完成后，啟動掘進機進行下一循環作業。

2.2 工藝流程

生產工藝流程：交接班安全檢查→探放水→檢查中腰線→掘進機截割、出煤、臨時支護→核實中腰線→頂板支護→幫部支護→噴漿→清理工作面。具體生產設備啟動流程：啟動油泵電機→啟動第二運輸機→啟動第一運輸機→啟動星輪→開水→開動截割頭。

掘進機主要功能是截割煤（巖）和裝碴。每次掘進巷道前，司機將掘進機調整到巷道前進方向的中間，并以激光確定位置，首先將掘進機滾筒開啟，讓其正常運轉，再將掘進機滾筒調整到圓弧巷道的圓心位置，之后緩緩進刀。截入深度達到鋪設鋼筋網要求時開始自下向上、由左至右截割。圓弧部分截割完成后將滾筒緩緩收縮，進行拉底工作。上述工作結束后作為一個循環結束。

3 過斷層頂板支護采取的措施

2019年12月16日8 點班，11104 工作面在正常掘進至610m時，經過地質構造預測預報信息及現場情況表明，前方10m范圍即將遇到落差為3.6 m的F3 正斷層。由于頂板破碎，不穩定，在作業過程中隨時有可能發生頂板事故，為保證過斷層期間的頂板安全，技術人員根據現場情況及以往經驗，決定采用先注漿，等待頂板穩定后，對頂板打錨網索配合W鋼帶后在進行架棚聯合支護方法進行頂板管理。

3.1 注漿支護

巷道掘進至610m距離斷層5m處時，向頂板以45°夾角施工深度為3 m，間距為2m的鉆孔進行注漿，為保證頂板穩定性，選擇由汾西礦業生產的亨固-礦用高分子材料加固Ⅱ號，亨固-礦用高分子材料加固Ⅱ號與催化劑比例為1.1，采用高壓注漿泵進行注漿作業，注漿壓力為1.5 MPa 以上，當注漿過程中有漿液滲出時，表明漿液與頂板巖石結束，停止作業注漿結束，待頂板穩定后，對頂板進行打錨網索配合W 鋼帶支護，在組織掘進，掘進2.5m后在進行第二輪的注漿作業，按照這個順序流程循環作業，直至巷道通過斷層3～5 m。

3.2 錨網索配合W 鋼帶支護

1）頂錨桿采用Φ22 mm×2400 mm 左旋強度螺紋鋼錨桿，配套規格為150 mm×150 mm×10 mm 采用高強錨桿螺母、可調心拱形高強度托盤配減磨墊片，承載能力不低于250 kN，每根錨桿使用1 支MSK2360、1 支MSZ2360 樹脂藥卷，錨桿間排距為800 mm×800 mm，每排布置6 根，錨桿桿體屈服強度500 MPa。錨桿預緊力矩≥300 N·M。

圖1 亨固-礦用高分子材料加固Ⅱ號

2）幫錨桿采用Φ22 mm×2400 mm 左旋強度螺紋鋼錨桿，配套規格為150 mm×150 mm×10 mm 采用高強錨桿螺母、可調心拱形高強度托盤配減磨墊片，承載能力不低于250 kN，每根錨桿使用1 支MSK2360、1 支MSZ2360 樹脂藥卷，距掘進頂板下300 mm 開始打設，錨桿間排距800 mm×800 mm，每排布置8 根。

3）錨索。錨索為Φ21.8 mm×6000 mm 高強度1×19 股低松弛強應力鋼絞線，間排距1600 mm×2400 mm，每排2 根，托盤300 mm×300 mm×14 mm 調心拱形高強度托盤及配套鎖具支護，承載能力不低于700 kN，每根錨索使用1 支MSK2360、2 支MSZ2360樹脂藥卷，錨索預緊力：≥200 kN，錨固力：≥356 kN。

4）金屬網。采用六邊型金屬網，規格為900 mm×10400 mm 的六邊形金屬網，網與網之間搭接100 mm，每150 mm 聯一道聯網絲，三花型布置，聯網絲采用16號鉛絲，雙股對折，至少擰三圈，保證聯接緊固，聯網時必須將聯網絲扭結在網片的節點處。

5）托梁。頂部錨桿配套使用W×300-4.5×4.16 m型的W 型鋼帶作為托梁，鋼帶長4.16 m。幫部錨桿配套使用W×300-4.5×0.4m型的W 鋼帶托盤進行支護，規格：300 mm×400 mm×4.5 mm。

3.3 架棚加強支護

為使巷道頂板穩定、可靠，還需要在上述支護措施上加上工字鋼棚對巷道進行加強支護，工字鋼梁采用3m的11號鋼[1]，架棚的高度為3.7 m，寬度分別為2.4 m，架棚間距設計為1 m，需要在棚子中間加設防倒連接桿，保證棚子的穩定性，架設完畢用棚板或者水泥背板將棚子與巷道兩幫的空隙背實，棚板長度為1.2 m，寬度為0.3 m，11104 材料巷過斷層架棚支護圖見圖1。

4 結語

通過對11104 材巷掘進過程中遇到的斷層等地質構造所采取的巷道支護措施，能夠將破碎的頂板重新加固，增加了圍巖穩定性，有效地防止了冒頂等安全事故的發生，說明頂板管理措施起到了較好的作用。

圖2 11104 材料巷過斷層架棚支護圖（mm）（1∶50）