人工假頂技術在巷道冒漏區治理中的應用

段二坤

（晉能控股煤業集團燕子山礦，山西 大同 037001）

巷道在過地質構造時頂板出現冒漏區后，冒漏區圍巖穩定性差，圍巖破碎嚴重，在冒漏區采取傳統錨桿（索）支護時不僅施工難度大，支護危險系數高，冒漏區很容易出現瓦斯積聚現象等，而且冒漏區圍巖力學結構已發生改變，圍巖裂隙高度發育，構造應力在圍巖裂隙內產生卸壓擴張破壞作用，致使冒漏區圍巖附近產生環形圍巖松動圈。錨桿（索）支護僅可對局部破碎圍巖起到懸吊、組合拱（梁）作用，無法實現大面積破碎圍巖控制作用。對冒漏區圍巖采取合理有效的支護技術，對巷道安全快速掘進具有重要作用[1-5]。

1 概述

晉能控股煤業集團燕子山礦2603運輸順槽位于306盤區，該巷道北部、南部均為實煤區，西部為306盤區大巷，對應上部無采空區，同層沒有小窯采掘活動。根據西一盤區采掘觀測資料，上覆侏羅系采空區與本層層間距200 m，掘進期間不受上覆采空區影響。

2603運輸順槽設計長度為2084 m，巷道掘進斷面為寬×高=4.5 m×3.5 m。巷道掘進煤層為石炭系5#煤層，煤層結構復雜，厚度穩定，煤層平均厚度為6.72 m，屬厚煤層，變異系數10.23%，系穩定煤層。煤層大致走向東西，傾向北，傾角為1°。

2603工作面運輸順槽已掘至780 m處，巷道掘至770 m處揭露一條F3逆斷層，斷層落差為1.8 m，傾角為42°。受F3斷層影響，巷道揭露斷層后頂板出現冒漏現象，冒漏深度達1.7 m。在冒漏區采用錨桿、錨索支護時頂板控制效果差，無法達到預期支護效果。

2 人工假頂支護技術

2.1 人工假頂施工工藝

為了保證巷道安全快速過F3斷層應力區，提高冒漏區頂板穩定性，決定對冒漏區采取人工假頂支護。

（1）掘進巷道在過冒漏區時，對冒漏區頂板先采用錨桿、錨索進行支護，頂板永久支護到位后再進行人工假頂施工。人工假頂施工工序主要包括：錨索吊棚→鋪設道木→注漿填充等。

（2）冒漏區頂板永久支護施工完后，在冒漏區處施工錨索吊棚。每架錨索吊棚主要由3根長8.3 m、直徑21.8 mm錨索以及一根長4.2 m槽鋼組成，槽鋼上焊制三根直徑25 mm圓孔，孔間距為1.8 m。

（3）首先對冒漏區錨注錨索，每根錨索采用2支MSKC23/35型超快速錨固劑以及2支MSK23/60型快速錨固劑進行聯合錨固。錨索攪拌時間為48 s，凝固時間為90 s，等待時間為480 s。錨索垂直頂板布置，同一排錨索中心線與巷幫垂直。

（4）錨索錨固后，保證錨索外露端超出巷道設計頂板位置0.3～0.4 m，然后在錨索外露端安裝槽鋼，并采用鎖具進行緊固。槽鋼安裝后保證槽鋼平面與巷道設計頂板齊平。

（5）相鄰兩架錨索吊棚間距為1.0 m，每三架錨索吊棚為一組。第一組錨索吊棚施工完后，依次在錨索吊棚上方平鋪鋼筋網、風筒布、道木、半圓木，如圖1所示。道木長度為2.5 m，半圓木長度為3.8 m。

圖1 2063運輸順槽冒漏區人工假頂支護平、剖面示意圖（單位：mm）

（6）道木與半圓木成“井”型布置，直至道木與冒漏區頂板接觸嚴實，并使用張拉機具對鎖具進行預緊，確保假頂牢固可靠。

（7）道木鋪設接頂后，采用注漿泵對假頂間隙處填充羅克休填充劑。該注漿材料具有膨脹率高、凝固速度快、阻燃效果好等優點。

2.2 安全技術措施

為了保證人工假頂施工質量及施工安全，假頂施工期間必須采取合理有效的安全技術措施。

（1）錨索吊棚施工前必須對頂板施工窺視孔，窺視孔深度不得低于5.0 m，窺視孔施工時必須準確記錄鉆孔每段巖性情況，確保錨索錨固在穩定巖體內。

（2）吊棚錨索錨固后，確保錨索錨固力不低于470 kN，并進行錨索拉拔試驗。同一排三根錨索水平投影應在同一條直線，且與巷幫垂直，錨索允許偏角控制3°以里。

（3）在進行人工假頂施工時，由于巷道相對較高，為了保證施工安全，需在巷道內搭設工作盤。工作盤采用直徑為300 mm原木進行搭設，工作盤搭設長度為2.0 m，高度為1.8 m，工作盤搭設必須牢固可靠。

（4）人工假頂施工期間，若冒漏區頂板破碎嚴重無法及時控制時，需對冒漏區頂板采取注漿加固。注漿孔深度為5.0 m，每排布置2個注漿孔，注漿液采用馬麗散混合液。該注漿材料能夠快速滲透至破碎巖體裂隙內并進行充分粘接加固。

（5）在人工假頂處每隔10 m安裝一臺YHW300型頂板離層儀，安排專人進行觀察。若人工假頂出現下沉且下沉量達0.3 m時，應及時在假頂下方支設密集矩形鋼棚，鋼棚間距為1.0 m。

3 人工假頂優點及應用效果分析

3.1 人工假頂施工優點

（1）施工工藝簡單。人工假頂施工工藝相對簡單且取材方便，與架棚、注漿等加固技術相比，人工假頂施工成本費用低，勞動強度低，而且可應用于不同地質條件的采掘工作面中，應用范圍廣。

（2）支護效果好。與傳統矩形鋼棚支護相比，人工假頂支護斷面大，而且人工假頂對頂板蠕動變形適應性強，具有很好地讓壓支護效果，有效防止了傳統鋼性支護時頂板下沉變形后支護失效現象。

（3）防止瓦斯超限。2063運輸順槽冒漏區最大高度達1.7 m，巷道預留頂煤厚度為3.2 m，若冒漏區采用傳統錨桿（索）支護，冒漏區很容易出現窩風現象，在高溫氧化作用下很容易出現煤層自燃以及瓦斯積聚現象；而采用人工假頂技術后，對高冒區進行充分填堵，有效防止了瓦斯積聚以及隔絕空氣對高冒區煤體氧化作用。

3.2 實際應用效果分析

截至2020年5月18日，2063運輸順槽已掘進至840 m，完全通過了F3斷層應力區，應力區架設人工假頂長度為41 m。人工假頂施工完后，在假頂處頂板每隔15 m安裝一臺頂板下沉觀測儀，通過20 d觀察結果，如圖2所示。

圖2 人工假頂后2063運輸順槽冒漏區頂板變形曲線圖

由圖2可知，2063運輸順槽高冒區人工假頂施工完后，在0～8 d范圍內頂板變形量呈直線上升，到第8 d頂板下沉量達290 mm。在該區段時間內冒漏區圍巖蠕動變形嚴重，導致頂板下沉量相對較大。在8～12 d范圍內頂板下沉量逐漸降低，到12 d頂板下沉量為330 mm。在該區段時間內，人工假頂對變形頂板起到耦合支護作用，有效控制了頂板下沉；在12 d后頂板下沉現象得到完全控制，頂板趨于穩定。

4 結束語

燕子山礦掘進管理部對2063運輸順槽冒漏區采取人工假頂技術后，有效控制了冒漏區圍巖破碎、下沉現象，防止了冒漏區瓦斯積聚現象，保證了巷道安全快速過斷層應力區，為其他采掘工作面過類似地質構造提供了實踐支護依據，取得了顯著應用成效。