掘進(jìn)巷道過(guò)空巷支護(hù)技術(shù)應(yīng)用分析

衛(wèi) 偉

（山西煤炭運(yùn)銷集團(tuán)科學(xué)技術(shù)研究有限公司，山西 太原 030006）

1 工程概況

山西煤炭運(yùn)銷集團(tuán)四侯煤礦3105 回風(fēng)順槽位于井田北部，東側(cè)為3103 采空區(qū)，西側(cè)為3107 回風(fēng)順槽（保安煤柱寬度為25 m），北側(cè)為礦井邊界保護(hù)煤柱，南為一采區(qū)三條大巷。

3105 回風(fēng)順槽設(shè)計(jì)長(zhǎng)度為650 m，巷道斷面規(guī)格為寬×高=4.5 m×3.7 m，巷道掘進(jìn)煤層為3#煤層，平均厚度為3.7 m，3105 回風(fēng)順槽采用機(jī)械化掘進(jìn)工藝，截至目前巷道已掘進(jìn)490 m。根據(jù)鉆探可知3105 回風(fēng)順槽掘進(jìn)至505 m 處將揭露一條空巷，空巷與回風(fēng)順槽夾角為85°，揭露空巷寬度為4.0 m，高2.5 m 左右，空巷沿煤層頂板布置，巷道內(nèi)無(wú)支護(hù)，局部有木點(diǎn)柱，局部頂板冒落高度約0.5～1 m 左右。

由于3105 回風(fēng)順槽揭露的空巷年久失修，直接采用掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn)與空巷貫通，很容易出現(xiàn)空巷受力垮落。研究決定采用松動(dòng)爆破施工工藝，并對(duì)空巷頂板采取合理有效的支護(hù)。

2 過(guò)空巷掘進(jìn)工藝

（1）3105 回風(fēng)順槽掘進(jìn)至495 m 處時(shí)停止全斷面機(jī)械化掘進(jìn)，將巷道迎頭頂板、巷幫支護(hù)全部施工到位，頂板每排施工兩組組合錨索進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù)，組合錨索排距為2.0 m，間距為3.0 m。

（2）巷道掘進(jìn)至495 m 處時(shí)采用松動(dòng)爆破施工工藝，每排施工5 個(gè)松動(dòng)爆破孔，共計(jì)四排，孔深為1.0 m，單孔裝藥量為0.3 kg，單茬掘進(jìn)深度在0.5～1.0 m 范圍內(nèi)。

（3）當(dāng)巷道掘進(jìn)至500 m 處時(shí)，每班必須超前探巷施工，實(shí)時(shí)掌握巷道與空巷實(shí)際準(zhǔn)確距離，并嚴(yán)格控制掘進(jìn)深度在0.5 m 范圍內(nèi)，同時(shí)在掘進(jìn)期間對(duì)頂板施工一排超前錨桿支護(hù)，加強(qiáng)頂板控制維護(hù)。

（4）當(dāng)巷道掘進(jìn)至502 m 處且明確與空巷準(zhǔn)確距離后，巷道停止掘進(jìn)，在工作面迎頭后10 m處向3107 回風(fēng)順槽施工一個(gè)排瓦斯專用聯(lián)絡(luò)巷，聯(lián)絡(luò)巷斷面規(guī)格為寬×高=3.0 m×3.7 m。聯(lián)絡(luò)巷施工完后在工作面迎頭后15 m 處施工一個(gè)臨時(shí)控風(fēng)調(diào)節(jié)設(shè)施。

（5）由于空巷高度為2.5 m，且沿3#煤層頂板布置，3105 回風(fēng)順槽在與空巷貫通時(shí)上部揭露空巷，前期準(zhǔn)備工作完成后，巷道掘進(jìn)距空巷1.5 m 時(shí)采用人工從巷道中部向空巷進(jìn)行掘進(jìn)貫通。

（6）巷道貫通后，撤出3107 回風(fēng)順槽、3105回風(fēng)順槽下風(fēng)口所有作業(yè)人員，及時(shí)將風(fēng)筒延伸至空巷內(nèi)進(jìn)行排瓦斯。在排瓦斯期間由專職的救護(hù)大隊(duì)人員隨時(shí)檢查空巷內(nèi)有害氣體濃度，當(dāng)空巷內(nèi)有害氣體濃度低于設(shè)計(jì)值時(shí)，其他人員方可進(jìn)入工作面繼續(xù)施工。

（7）巷道與空巷貫通后，及時(shí)在貫通口處施工兩根長(zhǎng)度為4.2 m 工字錨索鋼棚，在貫通口處施工兩組組合錨索進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù)。為了防止空巷支護(hù)期間出現(xiàn)瓦斯超限現(xiàn)象，在空巷兩側(cè)各施工一面擋風(fēng)墻，墻體高度為3.7 m，寬度為0.8 m，如圖1。

圖1 3105 回風(fēng)順槽過(guò)空巷段平面支護(hù)示意圖

3 空巷頂板支護(hù)

為了保證巷道過(guò)空巷施工安全，保證空巷頂板整體穩(wěn)定性，決定對(duì)空巷頂板采取“注漿錨桿+梯形梁索棚+U29 型鋼棚”聯(lián)合支護(hù)技術(shù)。

3.1 注漿錨桿支護(hù)

（1）支護(hù)目的。通過(guò)對(duì)空巷頂板施工深度為4.0 m 窺視鉆孔并采用CXK6 型窺視儀觀察發(fā)現(xiàn)，在0～1.8 m 范圍內(nèi)頂板破碎嚴(yán)重，頂板承載梁斷裂且失去承載能力；在1.8～3.2 m范圍內(nèi)頂板裂隙發(fā)育，出現(xiàn)局部破碎現(xiàn)象；在3.2 m 以上頂板相對(duì)完好。所以為了提高空巷0～3.2 m范圍內(nèi)頂板整體穩(wěn)定性，避免支護(hù)擾動(dòng)破壞，簡(jiǎn)化施工工藝，決定采用注漿錨桿支護(hù)。

（2）支護(hù)設(shè)備。注漿錨桿主要由長(zhǎng)度為3.5 m、直徑為30 mm 中空高錳鋼焊制而成，錨桿中部孔徑為14 mm。在錨桿0.8～2.0 m 范圍桿體兩側(cè)均勻焊制一排直徑為8 mm 圓孔，并與中部孔串通，孔間距為0.3 m，每排4 個(gè)。采用2ZBQ50/4 型氣動(dòng)注漿泵，最大泵壓4 MPa，最大注漿流量50 min/L，供氣壓力為0.2～0.63 MPa。

（3）注漿錨桿施工工藝：① 空巷頂板每排施工5 根注漿錨桿，空巷段共計(jì)施工5 排注漿錨桿，錨桿間排距為1.0 m，每根注漿錨桿采用兩支錨固劑進(jìn)行錨固，所有注漿錨桿垂直頂板布置，錨桿外露長(zhǎng)度40 mm；② 同一排注漿錨桿施工完后，采用2ZBQ50/4 型氣動(dòng)注漿泵對(duì)錨桿進(jìn)行注漿施工，注漿液采用聚氨酯化學(xué)材料，單桿注漿量15 kg，注漿壓力為1.2 MPa；③ 注漿完成后在錨桿外露端安裝一根長(zhǎng)度為4.2 m、寬度為0.32 m 的W 型鋼帶，并采用螺母進(jìn)行預(yù)緊。

3.2 讓壓梯形梁索棚施工

為了保證空巷直接頂穩(wěn)定性，加大錨索對(duì)頂板支護(hù)截面積，決定對(duì)空巷頂板施工兩排梯形梁索棚。

（1）梯形梁索棚主要由梯形梁、恒阻錨索、高應(yīng)力讓壓彈簧等部分組成。梯形梁長(zhǎng)度為4.0 m，寬度為0.6 m，梯形梁主要由10 根直徑為15 mm 圓桿焊制而成。每架梯形梁索棚配套三根恒阻錨索，長(zhǎng)度為6.0 m，直徑為21.8 mm。高預(yù)應(yīng)力讓壓彈簧屈服壓力為455 MPa，最大允許變形量為0.3 m。

（2）空頂處共計(jì)施工兩排梯形梁索棚，排距為2.0 m，施工在兩根W 型鋼帶之間，如圖1。施工工藝如下：施工支護(hù)鉆孔（孔深5.8 m）→錨注錨索→安裝讓壓彈簧、梯形梁、鎖具→預(yù)緊（預(yù)緊力為370 kN）。

3.3 架設(shè)U29 型鋼棚

空巷頂板主動(dòng)支護(hù)施工完后，決定在空巷段安裝一排密集U29 型矩形工字鋼棚進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù)。

（1）U29 型矩形工字鋼棚主要由U29 型棚腿和頂梁組成。每節(jié)U29 型棚腿長(zhǎng)度為3.7 m，棚腿頂?shù)撞扛骱钢埔粋€(gè)寬度為0.3 m、厚度為8 mm 鋼板，鋼板四個(gè)角各焊制四個(gè)直徑為20 mm 圓孔。頂梁主要為長(zhǎng)度為4.2 m、寬度為11 mm 工字鋼梁。

（2）第一架U29 型矩形工字鋼棚架設(shè)在3105回風(fēng)順槽與空巷貫通口處。首先安裝U29 型棚腿，棚腿安裝時(shí)采用四根長(zhǎng)度為1.2 m、直徑為18 mm地錨與底板進(jìn)行固定。兩根棚腿安裝后將頂梁與棚腿之間采用U 型卡纜進(jìn)行固定。

（3）U29 型矩形工字鋼棚架設(shè)間距為1.0 m，共計(jì)架設(shè)5 架鋼棚。鋼棚架設(shè)后在所有鋼棚頂梁上方鋪設(shè)5 根長(zhǎng)度為4.0 m 工字鋼梁。

4 結(jié) 語(yǔ)

通過(guò)對(duì)空巷頂板采取聯(lián)合支護(hù)設(shè)計(jì)后，3105 回風(fēng)順槽在過(guò)空巷期間未發(fā)生頂板破碎、冒落現(xiàn)象，取得了較好效果。

（1）通過(guò)對(duì)頂板施工注漿錨桿，解決了傳統(tǒng)錨桿長(zhǎng)度不足、支護(hù)效果差等難題，與傳統(tǒng)錨桿、注漿支護(hù)相比，簡(jiǎn)化了支護(hù)工藝，縮短了支護(hù)時(shí)間，避免了不穩(wěn)定頂板密集鉆孔施工時(shí)產(chǎn)生的擾動(dòng)破壞。

（2）對(duì)頂板施工讓壓梯形梁索棚，不僅增加了錨索對(duì)頂板支護(hù)橫截面積，而且通過(guò)安裝讓壓件，提高了錨索對(duì)頂板蠕動(dòng)變形的適應(yīng)性，實(shí)現(xiàn)了錨索與頂板耦合均讓壓支護(hù)作用。

（3）對(duì)空巷頂板安裝密集工字鋼棚，提高了頂板承載能力，降低了錨桿（索）支護(hù)在應(yīng)力作用下產(chǎn)生的剪切破壞作用，提高了錨桿（索）支護(hù)質(zhì)量，降低了支護(hù)失效現(xiàn)象。