巷道構(gòu)造應(yīng)力破碎頂板支護(hù)優(yōu)化應(yīng)用

韓文盛

（山西焦煤霍州煤電集團(tuán)呂臨能化有限公司龐龐塔煤礦, 山西 呂梁 033200）

1 巷道概況

龐龐塔煤礦五采區(qū)回風(fēng)上山Ⅱ段開口位于五采區(qū)回風(fēng)上山Ⅰ段8 號(hào)導(dǎo)線點(diǎn)前12.25 m 處（巷道正中）。巷道按60°方位角開口，先沿30°上山掘進(jìn)46.8m 見5 號(hào)煤頂板，之后沿5 號(hào)煤頂板掘進(jìn)143.2m，再以15°方位角拐彎沿5 號(hào)煤頂板掘進(jìn)96.7 m，之后以43°方位角沿5 號(hào)煤頂板掘進(jìn)152 m（預(yù)計(jì)坡度16°上山），再平掘10 m，最后沿25°下山掘進(jìn)46.1 m 到位，巷道設(shè)計(jì)長度為494.8 m。

巷道斷面規(guī)格為寬×高=4.5 m×3.5 m，巷道掘進(jìn)的5 號(hào)煤層平均厚度為5.9 m，平均傾角為4°，5號(hào)煤層節(jié)理發(fā)育，煤層結(jié)構(gòu)復(fù)雜，煤層中部夾二層碳質(zhì)泥巖，煤層厚度變化不大，屬較穩(wěn)定煤層，夾矸總厚度約為1.3 m，巖性多數(shù)為碳質(zhì)泥巖、局部有少量泥巖，由于泥巖普氏硬度f=2，對(duì)回采影響不大。

回風(fēng)上山Ⅱ段采用綜合機(jī)械化掘進(jìn)工藝，截止目前巷道已掘進(jìn)370 m，距揭露F11 斷層剩余25 m，F(xiàn)11 斷層落差為2.4 m，傾角為65°為正斷層，受斷層影響巷道預(yù)計(jì)掘進(jìn)至390 m 時(shí)進(jìn)入受應(yīng)力影響區(qū)，為了保證巷道掘進(jìn)安全以及提高巷道掘進(jìn)速度，巷道過F11 斷層期間對(duì)掘進(jìn)工藝及支護(hù)工藝進(jìn)行優(yōu)化[1]。

2 掘進(jìn)支護(hù)工藝優(yōu)化改進(jìn)

2.1 掘進(jìn)工藝優(yōu)化

由于F11 斷層落差大，而且煤層的下移程度比較嚴(yán)重，在沒有穩(wěn)定支護(hù)的前提下強(qiáng)行通過斷層很容易造成施工難度大、工作量大及煤炭回收率低等技術(shù)難題，同時(shí)受采動(dòng)及構(gòu)造應(yīng)力的影響，很容易出現(xiàn)頂板垮落的事故。通過現(xiàn)場(chǎng)觀察研究，決定采用松動(dòng)爆破的方式通過斷層。

1）巷道從407 m 處開始進(jìn)行探巷工作，每探巷30 m 后再掘進(jìn)20 m，按照這樣的規(guī)律一直將工作面推進(jìn)至425 m 處后開始采用松動(dòng)爆破。

2）回風(fēng)上山Ⅱ段掘進(jìn)揭露斷層后，巷道保持留頂煤破底巖的方式向下掘進(jìn)，工作面在推進(jìn)期間避免出現(xiàn)空頂作業(yè)，對(duì)出現(xiàn)空頂?shù)膮^(qū)域及時(shí)補(bǔ)打支護(hù)。

3）當(dāng)巷道下山掘進(jìn)25 m 后，且揭露F11 斷層上盤巖石層后，及時(shí)調(diào)整掘巷道掘進(jìn)角度，沿5 號(hào)煤層頂板繼續(xù)掘進(jìn)。

2.2 優(yōu)化支護(hù)工藝

掘進(jìn)工作面在推進(jìn)至330 m 處后工作面保持留頂煤破底巖的方式向下掘進(jìn)，在向下掘進(jìn)時(shí)需對(duì)巷道頂板預(yù)留厚度為0～2.4 m 的三角煤柱，然而由于該煤層為石炭系煤層，煤質(zhì)比較松軟、破碎度較大且穩(wěn)定性差，受采動(dòng)影響、頂板壓力及爆破震動(dòng)的影響下很容易出現(xiàn)三角煤柱垮落的情況，一旦頂板垮落就會(huì)出現(xiàn)2.4 m 高冒區(qū)，這不僅會(huì)造成空頂處瓦斯的大量積聚，還會(huì)導(dǎo)致工作人員支護(hù)難度加大，因此必須采取有效的支護(hù)措施對(duì)三角煤質(zhì)進(jìn)行支護(hù)后才能繼續(xù)掘進(jìn)[2]。

1）為了維護(hù)下山巷道頂板的穩(wěn)定，決定采用撞楔超前支護(hù)+永久支護(hù)的方式聯(lián)合進(jìn)行維護(hù)，撞楔支護(hù)由若干根長度為3.5 m，直徑為30 mm 加長鋼錨桿組成。

2）巷道掘進(jìn)至407 m 處后，通過現(xiàn)場(chǎng)給線來確定向下掘進(jìn)的頂板位置，并用手持式鉆機(jī)在設(shè)計(jì)下山頂板位置施工10 個(gè)支護(hù)鉆孔，鉆孔的直徑為35 mm，深度為3.5 m，并向下呈8°的夾角，相鄰兩個(gè)鉆孔的距離為0.4 m。

3）將錨固劑、鋼針依次放入鉆孔內(nèi)，并用鉆機(jī)對(duì)鋼針進(jìn)行錨固，每個(gè)鋼針的錨固時(shí)間最少為1 min，并保持鋼針與巷道頂板平行，相鄰兩排超前支護(hù)排距為3.0 m。

4）頂板撞楔超前支護(hù)施工完成后，對(duì)工作面施工爆破鉆孔，每排布置5 個(gè)，共計(jì)布置3 排，爆破孔間距為1.0 m，排距為1.2 m，每次允許爆破孔數(shù)為5 個(gè)。

5）爆破完成及時(shí)對(duì)頂板施工錨桿（索）永久支護(hù)，頂板每排布置5 根錨桿，錨桿間排距為1.0 m，錨桿施工后在錨桿外露端安裝1 根長度為4.2 m 鋼帶，鋼帶安裝撞楔超前支護(hù)下方，并進(jìn)行預(yù)緊，如圖1 所示[3-4]。

圖1 五盤區(qū)回風(fēng)上山巷過斷層期間頂板聯(lián)合支護(hù)斷面示意圖（未標(biāo)單位：mm）

6）巷道在過斷層期間頂板錨索更換為高強(qiáng)度恒阻錨索，每排布置3 根，錨索間距為1.8 m，排距為3.0 m，同一排錨索外露端安裝1 根長度為3.8 m，寬度為0.15 m 槽鋼。

3 過斷層期間安全注意事項(xiàng)

1）每班在過斷層帶期間均必須按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行探巷作業(yè)，如發(fā)現(xiàn)工作面有異響、滲水及氣體時(shí)要及時(shí)停止作業(yè)，排查隱患后方可繼續(xù)前進(jìn)。

2）安排專業(yè)的人員采用工具隨即檢查巷道下山的角度，發(fā)現(xiàn)下山角存在誤差時(shí)需及時(shí)糾正，確保巷道過斷層后能夠及時(shí)揭露上盤煤層。

3）在進(jìn)行撞楔超前支護(hù)時(shí)要確保鉆孔的角度與下山掘進(jìn)方向一致，在進(jìn)行超前支護(hù)安裝時(shí)需提前對(duì)鉆孔內(nèi)的浮煤進(jìn)行清理，保證超前支護(hù)錨固質(zhì)量。

4）爆破孔的鉆孔深度需保持在0.6～1.0 m 之間，單孔裝藥量不得超過300 g，爆破孔采用串聯(lián)連接方式，每次爆破的數(shù)量不得超過5 個(gè)[5]。

5）爆破前后需及時(shí)對(duì)頂板穩(wěn)定情況進(jìn)行觀察，若發(fā)現(xiàn)頂板離層及冒頂時(shí)需及時(shí)進(jìn)行支護(hù)。爆破后要及時(shí)清理煤矸并進(jìn)行永久支護(hù)，嚴(yán)禁空頂作業(yè)。

6）下山段掘進(jìn)到位后需對(duì)斷面進(jìn)行地質(zhì)勘察，確保巷道通過斷層后方可繼續(xù)沿煤層的頂板進(jìn)行平行掘進(jìn)，若還未通過斷層需繼續(xù)進(jìn)行爆破施工。

4 應(yīng)用效果

龐龐塔煤礦對(duì)五采區(qū)回風(fēng)上山Ⅱ段過斷層期間采取松動(dòng)爆破下山掘進(jìn)，以及采取撞楔超前支護(hù)以及優(yōu)化原頂板永久支護(hù)，通過實(shí)際應(yīng)用效果來看，采用下山掘進(jìn)后減少掘進(jìn)機(jī)破巖量，加快了巷道掘進(jìn)速度，通過時(shí)過斷層期間支護(hù)優(yōu)化后，保證了巷道下山掘進(jìn)頂板穩(wěn)定性，防止了頂板破碎、冒漏等現(xiàn)象，取得了顯著應(yīng)用成效。