沉積異常區大跨度巷道頂板控制技術研究及應用

崔光旭 梁玉海 周猛猛

（兗煤菏澤能化有限公司趙樓煤礦，山東 菏澤 274705）

1 概述

趙樓煤礦7303 運順（2#）機頭段為7303 工作面運輸順槽膠帶輸送機驅動電機安裝位置，由于設備寬度為5658 mm，加上運輸、行人及安全間隙要求，巷道凈寬7400 mm，凈高3800 mm，巷道毛寬7600 mm。該巷道位于沉積異常區內，且臨近斷層帶，地質構造復雜，圍巖破碎，壓力顯現較為明顯。為提高頂板穩定性，對巷道斷面支護及施工工藝進行優化。先對待掘巷道圍巖注漿改性，提高圍巖自身承載能力，后對該段巷道采取先導后擴式分次掘進工藝，頂板采取錨網索+29U 型鋼錨索梁+單體支柱復合式支護，提高頂板圍巖整體性，充分發揮圍巖主動承載能力，提高頂板穩定性，減少掘進及回采期間巷修工程量，為安全高效回采創造條件[1-2]。

2 技術創新的內容及實施過程

（1）掘進前采用中空注漿錨桿/錨索進行超前頂板加固

① 施工工序

施工注漿孔→連接管路及注漿泵→注水試驗→配制DZM-50 雙組分無機注漿加固材料混液→向注漿孔內壓注DZM-50 雙組分無機注漿加固材料→沖洗管路→拆除管路及注漿泵。

② 注漿孔施工

采用氣動風鉆配合3.0 m 中空麻花鉆桿、Φ32 mm 鉆頭鉆孔。按規定要求連接風水管，檢查各接頭與鉆具，開啟風閥空載試機。按標定位置，找準鉆桿角度，輕啟輕關馬達控制閥，待鉆頭鉆進10～20 mm 定位后，啟動鉆機、開啟水閥緩慢勻速鉆進到設計深度，開大水量沖洗眼孔（俯眼使用吹眼器將孔內積水、雜質吹凈）。

中空注漿錨桿規格Ф25 mm×3000 mm，間排距1000 mm×1600 mm，Ф32 mm 鉆頭，深度2900 mm，斜向頂板2°～5°施工；中空注漿錨索規格Ф22 mm×7300 mm，間排距1600 mm×1600 mm，Ф32 mm 鉆頭，深度7000 mm，斜向頂板45°施工。

打眼后，進行中空注漿錨桿的安裝及封孔施工。先將樹脂藥卷放入眼中，用中空錨注錨桿將藥卷緩緩推向眼底，再用連接套頭與錨桿連接，將連接套頭插入錨桿鉆機套頭后開動錨桿鉆機，邊攪拌邊將錨桿推至眼底，繼續旋轉20 s，穩定后撤下氣動風鉆。

中空注漿錨桿打注前，先檢查封孔質量，當止漿塞周圍存在空隙時，則用棉紗塞緊，然后依次將托盤、索具安裝到位，用張拉千斤頂進行張拉，張拉力不低于100 kN，最后檢查錨桿托盤是否緊貼巖面。安裝時避免出現因張拉使錨桿折彎現象，使注漿產生大的阻力。

③ 壓注DZM-50 雙組分無機注漿加固材料

按照DZM-50 雙組分無機注漿加固材料A 料、B 料:水=2.5:1 進行配比，凝固時間約2～3 min。

注漿泵選用氣動注漿泵。將注漿泵、配料箱擺放在底板平整且支護完好處，并將其墊平。配料箱編號分別為1#、2#、3#，1#配料箱內為清水，2#配料箱內為A 組料混液，3#配料箱內為B 組料混液。

將注漿泵和攪拌器裝配完好，連接風、水管路和混合器。用清水將攪拌桶沖洗干凈，油壺內加滿油，向攪拌桶內加入少量水，并慢慢開風，對攪拌器和注漿泵進行試運轉。在確保攪拌器和注漿泵正常運行，注漿泵注出的水有足夠的壓力，且各種管路和開關連接無誤的情況下，進行DZM-50 雙組分無機注漿加固材料配比。

1#配料箱內放入清水，用于清洗管路及注膠泵。2#、3#配料箱分別配制DZM-50 雙組分無機注漿加固材料A 料和B 料混液。使用注漿泵1:1 的比例壓入孔內（A 組料、B 組料:水=2.5:1 質量比），按照上述方法直到注完所有注漿孔。7303 運順（2#）機頭段超前注漿技術方案如圖1、圖2。

圖1 7303運順（2#）機頭段超前注漿技術方案俯視圖（mm）

圖2 7303 運順（2#）機頭段超前注漿技術方案剖面圖

（2）7303 運順（2#）機頭段大斷面分次掘進

為滿足大斷面巷道分次掘進施工工藝及支護要求，將原7303 運順（2#）機頭段斷面由拱形斷面變更為矩形斷面，變更后矩形斷面分為導硐側與刷大側。

對變更后的7303 運順（2#）機頭段斷面采用分次施工工藝，先施工導硐，后進行擴刷。導硐側凈寬×凈高為5000 mm×3800 mm，刷大側凈寬×凈高為2400 mm×3800 mm。如圖3。

圖3 7303 運順（2#）機頭段大斷面分次掘進施工平面圖（mm）

（3）7303 運順（2#）機頭段大斷面永久支護設計

導硐側頂板支護采用Ф22 mm×2400 mm 高強度螺紋鋼錨桿配合4800 mm（7 個孔，孔間距730 mm）T 型鋼帶，排距800 mm；頂板錨索采用規格為Ф22 mm×10 000 mm 高強度低松弛預應力鋼絞線及配套鎖具配合29U 型鋼錨索梁支護，托盤選用專用U 型錨索托盤。在導硐側居中布置29U 型鋼錨索梁，上29U 型鋼錨索梁時，首先采用人工上梁的方式用雙股8#鐵絲（兩道）將鋼梁固定在頂板鋼筋網上，再施工中間錨索將鋼梁固定，然后再進行兩端錨索施工。

左幫采用單層菱形網配合Φ20 mm×2500 mm左旋等強全螺紋錨桿臨時支護，右幫采用雙層網。里層敷設單層鋼塑網，外層鋪單層金屬網，配合Ф22 mm×2400 mm 高強度螺紋鋼錨桿進行支護。最上部錨桿距離巷道頂板≯300 mm，下部錨桿距離巷道底板≯500 mm。鋼塑網網間搭接100 mm，使用12#鐵絲聯結，間距150 mm；金屬網采用Ф6.5 mm 鋼筋焊接成網狀，規格為2040 mm×1080 mm。鋼筋網搭接長度1 個網格（120 mm），搭接后兩側采用12#鐵絲聯扣，每格聯1 扣，每扣扭結不小于2.5 圈。

刷大側頂板支護采用Ф22 mm×2400 mm 高強度螺紋鋼錨桿配合3500 mm（5 個孔，孔間距730 mm）T 型鋼帶與導硐側鋼帶按設計進行搭接并抄手1000 mm，頂部第一根錨桿位于巷中偏左410 mm，其他錨桿按鋼帶孔進行布置。在刷大前導硐側支設單體，間距1000 mm。如圖4、圖5。

圖4 7303 運順（2#）機頭段大斷面永久支護斷面圖（mm）

圖5 7303 運順（2#）機頭段大斷面永久支護俯視圖（mm）

3 技術創新點及應用效果分析

巷道掘進前采用中空注漿錨桿/錨索進行頂板加固，改善圍巖力學性質，提高圍巖自身承載能力。對大跨度巷道采取分次掘進施工工藝，有效減少掘進期間懸頂面積，提高頂板穩定性；對大跨度巷道頂板采取錨網索+29U 型鋼錨索梁+液壓單體支柱復合式支護，增加圍巖抗變形能力。

7303 運順（2#）機頭段大斷面巷道目前已經施工完畢，現場安裝1 組頂板離層儀，觀測結果如圖6。

圖6 7303 運順（2#）機頭段大斷面頂板下沉量

由圖6 分析可知，巷道掘進前期，巷道頂板下沉量大，變形速率快。當掘進面距離觀測點100 m以后，巷道頂板下沉量基本穩定，進入穩定蠕變期。當巷道達到穩定狀態時，頂板下沉量為148 mm。

4 結語

通過對巷道支護參數及施工工藝進行優化，并對圍巖注漿改性，提高頂板穩定性，減少了掘進及回采期間巷修工程量。該技術應用后，節約了架棚費用，創造經濟效益13.89 萬元，提高了巷道抗變形能力，有效保證了掘進及后期工作面回采期間頂板安全。