增子坊煤礦5306 工作面過斷層補強支護技術措施

馮志強

（山西宏宇誠鑄建設工程有限公司，山西 朔州 038300）

作為煤礦五大事故之一，頂板事故危害不可被忽視[1-2]。很多礦井地質(zhì)條件非常復雜，在開采過程中經(jīng)常會遇到斷層，礦壓劇烈，原有的支護體失效易發(fā)生冒頂事故，所以需要在原有支護基礎上進行合理有效的補強支護[3-6]。

1 概況

增子坊煤礦5306 工作面的東部為5305 工作面（已采），西面屬于5307 工作面的回風順槽，南面銜接53 盤區(qū)輔運巷，北側(cè)是大片實煤體。總體來看，位于53 盤區(qū)中部偏西位置。5306 工作面為53 盤區(qū)首采（5#）煤層，煤層賦存較為穩(wěn)定，煤厚15.30～10.97 m，平均12.30 m，煤層含1～5 層夾石，單層夾石厚度0.1～0.6 m。5#煤層頂部存在厚層狀砂巖、砂礫巖。

5306 工作面布置100 架支撐掩護式低位放頂煤液壓支架（型號為ZF9000/18/35）、9 架放頂煤過渡支架（型號為ZFG10000/24/37H）及1 架中置式端頭支架（型號為ZTZ16000/21/35F），支架最大/最小控頂距分別為5.982 m/5.182 m。

5306 工作面推進到距切眼809 m 時，回風巷有一落差3.5 m 正斷層，逐漸向工作面北西方向延伸，南部斷下（推進前方下降），導致工作面掘進施工過程中支架下沉、支護體變形嚴重甚至失效的情況。本文對5306 工作面制定了針對性補強支護方案。

2 補強支護措施

采取的補強支護措施主要有以下幾種：在破碎處預注瑞米加固劑；采取打棚環(huán)、穿鋼針，架木棚梁、用剎頂木做成假頂，擦頂移架通過方式；鋼帶+組合錨索。切眼工作面補強支護布置圖如圖1。

圖1 切眼工作面補強支護布置圖（mm）

2.1 注瑞米加固劑

根據(jù)斷層構造區(qū)域頂板破碎情況、頂幫煤巖松動及垮落現(xiàn)象分析，對頂板及巷幫松軟、破碎區(qū)域采用注射瑞米加固劑、施工加固眼孔的方法穩(wěn)固頂幫煤巖，對頂板進行加固處理。加固眼孔施工3個孔，仰角為20°，距巷道底板3.3 m，深度5 m。加固劑注射效果判斷依據(jù)以圍巖結膠、滲出為宜。

2.2 打棚環(huán)+穿鋼針

（1）將漏頂區(qū)域內(nèi)及向外5 m 范圍的支架前梁伸出，垂直于煤壁距頂0.4 m、每間隔1.5 m 打一組棚環(huán)眼，眼內(nèi)插入圓鋼棚環(huán)（規(guī)格為Φ35 mm、L=2.5 m），環(huán)腿外露0.1 m，架走向工字鋼梁和木梁，上方架3～4 m 的傾向圓木梁進行剎頂，并用8#鉛絲雙股將工字鋼梁與圓木捆綁牢固。

（2）垂直煤幫穿長3～3.5 m 鋼針，插入深度2.0 m，外露長度1.0～1.5 m，間距為0.85 m，上方架3～4 m 的傾向圓木梁進行剎頂，并用8#鉛絲雙股將鋼針與圓木捆綁牢固。剎頂后從漏頂區(qū)兩側(cè)順序移架。

2.3 鋼帶+組合錨索

組合錨索采用鋼絞線Φ17.8 mm×8000 mm，四排布置，間距2000 mm。 托盤規(guī)格為500 mm×500 mm×14 mm 碟形托盤。錨固力試驗值≥285 kN，預緊力≥180 kN。每根錨索安裝兩卷Z2360 型和一卷CK2335 型（在孔底）樹脂錨固劑。錨索鎖具外露150～250 mm。

頂板和兩幫所用錨桿為左旋無縱筋螺紋鋼材質(zhì)，錨桿參數(shù)為Φ20 mm×2200 mm，每根錨桿采用Z2360 和CKb2335 各一支進行錨固，配套托盤和調(diào)心球及減摩墊，輔以規(guī)格為150 mm×150 mm×10 mm 的碟形鋼托盤。頂板錨桿間排距為1000 mm×900 mm，兩幫為1000 mm×1400 mm。

錨桿使用調(diào)心球和減摩墊，錨固力≥105 kN，扭矩≥200 N·m。

鋼帶采用W 型鋼帶，規(guī)格WD-280-3-4200、WD-280-3-1200。切眼工作面補強支護斷面圖如圖2。

圖2 切眼工作面補強支護斷面圖（mm）

2.4 其他措施

漏下的大塊煤或矸石要提前打碎拉出，保證運輸系統(tǒng)運轉(zhuǎn)正常，必要時在漏頂搭架空板，以防漏下的煤、矸壓住工運機不能啟動。漏頂處的活煤要提前放下，及時用長柄工具處理掉片幫。

在漏頂支架上方空頂?shù)那闆r下，升架控制在正常采高的5%以內(nèi)，前柱稍高出后柱100 mm；上方未空頂時，支架需全部升緊并達到額定初撐力。為了防止大塊煤、矸石從架間漏下，相鄰支架不能有明顯的錯差，高度大致相同。

3 效果分析

注加固劑后，圍巖單軸抗壓強度由25 MPa 提高至61 MPa，圍巖膠結穩(wěn)定性增強，承載能力變大，有效減少了頂板斷裂、破碎、煤壁片幫等現(xiàn)象。W型鋼帶比傳統(tǒng)鋼帶支護斷面大，剛度更強，不易彎曲變形。組合錨索和錨桿使承壓強度和錨固效果大大提高，彎曲變形明顯減少，支護作用增強。

實地觀察發(fā)現(xiàn)，5306 工作面破碎帶經(jīng)支護優(yōu)化后，頂板蠕動變形速率明顯減小，頂板下沉量基本在110 mm 以內(nèi)，頂、底板的相對移近量降低了18.7%，錨桿失效率降至4%以下，錨索受力增大了12.1%，頂板斷裂、冒落現(xiàn)象很少發(fā)生，巷道掘進速率達到7.2 m/d，施工速度加快且更加安全。

4 結論

針對朔州煤電增子坊煤礦5306 工作面過斷層時支護方面遇到的實際問題，制定了針對性的補強支護技術和參數(shù)，并提出了保證安全生產(chǎn)的措施和方法。在后續(xù)施工中，工作面圍巖更加穩(wěn)定，頂板事故明顯減少。