掘進巷道高冒區安全支護技術應用

王曉光

（山西焦煤霍州煤電集團呂梁山煤電有限公司方山店坪煤礦，山西 呂梁 033102）

巷道掘進期間過地質構造時，受構造應力影響，巷道圍巖應力顯現現象相對嚴重，導致圍巖應力在巷道開挖空間進行釋放。應力釋放過程中對圍巖產生一個張拉破壞作用，致使圍巖裂隙帶高度發育，隨著裂隙延伸至錨桿（索）支護錨固端時，會造成錨桿（索）支護錨固失效現象，從而發生頂板冒漏事故。頂板冒漏后圍巖極其破碎[1]，采用傳統錨桿（索）支護效果差且支護難度大，而且冒漏后的頂板形成高冒區很容易造成瓦斯積聚，不利于巷道安全管理。以店坪煤礦3022巷為例，對巷道高冒區施工人工假頂并架設密集鋼棚，達到圍巖控制以及預防瓦斯積聚的目的。

1 概述

山西焦煤霍州煤電集團呂梁山煤電有限公司方山店坪煤礦3022巷位于900水平三采區中部。該工作面東與900 m水平皮帶巷相通，西為實體煤，南與3012巷相鄰，北為實體煤。工作面下部為5#煤層實體煤（3#煤與5#煤層間距為13～28 m）。

3022巷設計長度為1016 m，巷道斷面規格為寬×高=4.8 m×2.6 m。巷道掘進煤層為3#煤層，煤體結構簡單，預計工作面揭露煤層厚度為1.30～1.85 m，均厚1.53 m。工作面范圍內煤層、煤體結構較穩定，含有0～1層夾矸，夾矸多為砂質泥巖。煤層傾角1°～4°下山，屬于近水平煤層。煤層頂板為砂質泥巖，底板為砂質泥巖，頂底板巖性特征見表1。

表1 3#煤層頂底板巖性特征表

3022巷采用綜合機械化回采工藝，已掘進450 m，巷道掘進至442 m處揭露F5正斷層，斷層落差為1.5 m，傾角為52°。受斷層影響，巷道掘進至442～445 m段頂板出現冒漏現象，冒漏高度達1.7 m，冒漏區呈半球形狀。由于冒漏區范圍大、冒漏區圍巖不穩定，采用傳統錨桿（索）支護效果差，支護難度大。

2 冒漏區存在的問題

（1）原頂板中主要采用長度為2.5 m左旋無縱筋螺紋鋼錨桿支護，每排5根，錨桿間距為1.1 m，排距為1.0 m，而冒漏區冒漏高度達1.7 m且呈半球形，采用錨桿對冒漏區支護時不僅施工難度大、支護效果差，而且冒漏區在進行密集錨桿支護時，受鉆孔施工擾動破壞作用[2]，冒漏區很可能出現二次冒漏事故。

（2）原頂板中每排布置3根錨索，錨索間距為1.8 m，排距為3.0 m，錨索長度為6.0 m，直徑為17.8 mm，而冒漏區施工錨索時需搭設工作盤，施工工序復雜，且施工安全系數低。

（3）初步設計中對冒漏區進行噴漿支護，而冒漏區內圍巖膠結穩定性差，采用噴漿對冒漏區圍巖進行處理可以控制冒漏區煤巖體氧化作用，防止煤層自燃，但是噴漿層厚度有限且韌性低，當冒漏區圍巖出現蠕動變形時，噴漿層脫落，起不到有效的支護作用[3]。

（4）冒漏區僅采用錨桿（索）支護，而對冒漏區不進行封堵和填充，很容易造成冒漏區出現窩風現象，從而導致冒漏區出現瓦斯積聚現象，不利于巷道安全管理。

3 冒漏區聯合控制技術

為了提高3022巷冒漏區頂板穩定性，解決傳統支護主要存在的問題，決定對冒漏區采取“人工假頂+密集工字鋼棚”聯合控制技術，如圖1。

3.1 人工假頂施工

（1）首先在巷道440 m施工第一架錨索吊棚，錨索吊棚長度為4.5 m，每架錨索吊棚由兩根長度為5.0 m、直徑為17.8 mm錨索以及一根長為4.5 m工字鋼梁組成。錨索吊棚垂直巷道布置，錨索吊棚施工排距為2.0 m，共計施工4架錨索吊棚。

（2）所有錨索吊棚施工完后，在吊棚上方平鋪5根長度為9.0 m工字鋼梁。工字鋼梁與吊棚垂直布置，鋼梁布置間距為1.0 m，鋼梁與鋼棚之間采用卡纜固定進行預緊[4]，預緊力不低于250 N.m。

（3）鋼梁固定后依次在鋼梁上方鋪設金屬網、風筒布，并在其上方平鋪一層道木。道木長為4.5 m，寬為0.3 m，第一層道木與鋼梁垂直布置，且采用鉛絲進行固定。

（4）第一層道木鋪設完成依次鋪設第二層、第三層道木，道木鋪設成“井”字型布置，如圖1所示。道木鋪設到位后必須保證道木與冒漏區頂板接觸嚴實，待所有道木鋪設后采用張拉千斤對吊棚進行預緊。

（5）為了避免冒漏區施工人工假頂后假頂間隙處出現瓦斯積聚現象，假頂施工完后采用專用注漿泵對冒漏區注入羅克休填充劑。羅克休主要由A、B兩種組分組成，配比為1:2，羅克休具有發泡率高、充填效果好、阻燃效果好等優點[5]。

3.2 架設矩形鋼棚

為了提高人工假頂穩定性，避免冒漏區出現蠕動變形，導致假頂下沉、垮落等事故，決定在人工假頂處架設密集工字鋼棚。

（1）傳統矩形鋼棚在應力區支護時，鋼棚頂梁受應力作用很容易出現變形、斷裂現象，在3022巷冒漏區架設的工字鋼棚進行優化改進，采用π型鋼棚。

（2）π型鋼棚是在原矩形鋼棚基礎上對鋼棚頂梁與棚腿之間安裝了兩道支撐鋼梁，使得頂梁成“π”型。π型鋼棚主要由棚腿、π型頂梁、卡纜、連接桿等部分組成。

（3）鋼棚棚腿長度為2.8 m，棚腿頂底段各安置一個長度及寬度為0.3 m、厚度為8 mm鋼板，鋼板上焊制兩個直徑為25 mm圓孔。頂梁長度為4.5 m，頂梁主要由15#槽鋼制成。

（4）π型鋼棚從435 m開始架設，鋼棚架設間距為1.0 m，鋼棚架設時底座安裝在堅硬底板上，必要時對底座進行澆筑。鋼棚架設后對每一架鋼棚棚腿采用錨桿與巷幫進行固定，相鄰兩架鋼棚棚腿之間采用四組連接桿進行固定，鋼棚頂板與假頂之間采用水泥背板進行填充。

4 結論

（1）對冒漏區頂板施工人工假頂以及注漿，實現了冒漏區頂板填充、封堵，保證了冒漏區圍巖整體穩定性，人工假頂可對冒漏區蠕動變形圍巖進行有效支護作用，控制圍巖變形、下沉，有效防止冒漏區瓦斯積聚。

（2）與傳統矩形鋼棚相比，π型鋼棚具有支護強度大、穩定性高等優點，適用于大應力圍巖中。對3022巷冒漏區架設π型鋼棚后，實現了主動與被動聯合支護作用，避免了構造應力在冒漏區釋放卸壓造成人工假頂垮落現象，提高了冒漏區支護強度。