軟巖巷道破碎區聯合支護技術

齊海軍

（晉能控股煤業集團挖金灣虎龍溝煤業公司， 山西 朔州 038300）

1 51505 巷概況

晉能控股煤業集團挖金灣虎龍溝煤業公司51505 巷位于井田東盤區，巷道東部為實煤區，南部與盤區東軌道大巷相接，西部鄰近81503 工作面采空區，北部鄰近塔山煤礦二盤區。上覆實體巖層，下覆8號層為實體煤，未開采。

51505 巷掘進長度為1 505 m，巷道斷面規格為寬×高=4.5 m×3.5 m，巷道掘進煤層為3 號與5 號合并煤層，平均厚度為12.73 m，平均傾角為4°，煤層上部被火成巖順層侵蝕，中間夾9～12 層夾石（累計厚為3.38～3.81 m），煤層結構復雜，厚度變化穩定，對回采影響較大，煤層普氏硬度為4.5。煤層頂底板巖性如表1 所示。

表1 51505 巷掘進3 號與5 號合并煤層頂底板巖性

51505 巷沿3 號與5 號合并煤層底板掘進，巷道采用綜合機械化掘進工藝，截至目前巷道已掘進500 m。

2 巷道掘進現狀及圍巖破碎機理

2.1 巷道掘進現狀

51505 巷掘進至492 m 處揭露一條正斷層F6，斷層從81503 工作面采空區側延伸至巷道內，斷層與巷道夾角為62°，斷層落差為1.8 m，傾角為54°，巷道揭露斷層后圍巖破碎嚴重，頂板中部出現斷裂、下沉現象，原巷道頂板主要采用錨桿（索）聯合支護，巷道掘進斷層后原支護效果差，主要表現在支護鉆孔施工難度大、成孔率低；錨固劑安裝難度大、安裝不到位；錨桿（索）錨固質量差，部分出現錨固失效現象，從而導致巷道頂板出現嚴重失穩現象，巷道掘進至498 m處出現局部冒漏現象。

2.2 圍巖破碎機理

1）掘進煤層穩定性差：51505 巷掘進煤層為3 號與5 號合并煤層，屬于石炭系煤層，煤層內部結構復雜，煤體內含多層以碳質泥巖為主的夾矸，夾矸導致煤體整體穩定性降低，巷道在掘進時受應力影響，工作面迎頭煤柱無法形成穩定的承載梁結構，對頂支撐效果差，造成頂板破碎現象。

2）掘進工藝影響：51505 巷掘進煤層平均厚度為12.73 m，巷道沿3 號與5 號合并煤層底板進行掘進，巷道高度為3.5 m，留頂煤厚度為9.23 m，巷道掘進后破壞煤體力學結構，導致頂煤承載強度低，頂煤穩定性差。

3）集中應力影響：51505 巷掘進至490 m 處進入集中應力區，分別受81503 工作面采空區殘余應力及F6 斷層應力影響，巷道掘進后頂煤及迎頭煤體出現裂隙帶，應力在裂隙帶內進行釋放卸壓，從而對煤體產生剪切破壞作用。

4）支護效果差：51505 巷在掘進期間由于受集中應力影響后，頂煤出現破碎現象，且局部出現離層，特別是頂板在夾矸處出現嚴重離層，而錨桿（索）支護時主要利用錨固劑錨固作用固定在頂板上，而頂板破碎后錨桿（索）支護孔孔壁巖體破碎嚴重，局部出現塌孔，導致錨固劑在孔內錨固效果差，造成錨桿（索）支護質量差，起不到預期支護作用。

3 巷道破碎區聯合支護技術

為了保證51505 巷快速通過應力破碎區，必須從提高頂煤整體穩定性及削弱頂板應力兩方面著手，所以決定對破碎區頂板采取注漿錨索支護，并對頂板施工桁架錨桿支護[1-3]。

3.1 注漿錨索支護

3.1.1 存在問題

1）注漿支護與錨桿（索）支護無法同步施工，單一的注漿工序復雜，勞動作業強度大，對采掘工作面生產影響大。

2）注漿支護前同樣需對頂板施工注漿鉆孔，從而導致破碎區頂板支護鉆孔數量多，支護鉆孔施工時對不穩定巖體產生嚴重擾動破壞作用，加劇頂板破碎力度。

3.1.2 注漿錨索支護原理

注漿錨索主要實現錨索支護與注漿支護同步施工，首先對頂板錨注注漿錨索，注漿錨索采用特制中空錨索，錨索安裝后對錨索外露端安裝托盤并預緊，然后利用注漿軟管、注漿泵對錨索中部孔進行加壓注漿，漿液沿孔壁裂隙巖體滲透，對破碎巖體進行填充黏結；注漿錨索支護最大的優點是減少了破碎頂板鉆孔施工數量，簡化了支護工序，縮短了支護時間及降低了頂板支護勞動作業強度。

3.1.3 支護工藝

1）首先采用液壓錨索鉆機在頂板施工3 個錨索支護孔，孔間距為2.0 m，每排施工3 個，鉆孔間距為2.0 m、排距為3.0 m，中部鉆孔垂直頂板布置，兩邊鉆孔分別與兩幫以75°夾角布置，鉆孔深度為8.0 m、直徑為30 mm。

2）注漿錨索鉆孔施工完后，對鉆孔內安裝一根注漿錨索，其長度為8.0 m、直徑為25 mm，錨索中部孔直徑為12 mm，注漿錨索主要由止漿塞、注漿管（剛性、柔性）、出漿孔、芯桿等部分組成，如圖1 所示。

圖1 中空注漿錨索結構示意圖

3）中空注漿錨索錨固后，在錨索內部安裝注漿管，注漿管與注漿泵連接，進行高壓注漿施工，注漿液采用馬麗散與催化劑以一定比例混合，注漿壓力控制在3.5 MPa 左右。

3.2 桁架錨桿支護

傳統的錨桿（索）支護雖然能夠對頂板巖體起到有效支護作用，錨桿（索）支護時主要利用組合梁（拱）支護作用，但是當頂板出現應力作用時，采用單一的錨桿（索）支護時，無法削弱頂板應力，應力持續作用很容易導致錨桿（索）支護“疲勞”現象，降低頂板支護效果，所以決定對51505 巷破碎頂板施工桁架錨桿支護。

3.2.1 桁架錨桿支護原理

桁架錨桿支護與傳統單錨桿支護不同，每架桁架錨桿由兩根錨桿和桁架拉桿及張拉器等部分組成，桁架錨桿對稱布置，兩根錨桿與頂板存在斜角，兩根錨桿錨固后，在其外露端安裝張拉器并對錨桿進行張拉，錨桿張拉過程中桿體對鉆孔壁產生作用力，兩個鉆孔作用力的合力垂直向上，從而實現削弱頂板垂直應力的作用。

3.2.2 桁架錨桿支護工藝

1）桁架錨桿支護孔施工在相鄰兩根鋼帶之間的空頂處，每組布置兩個鉆孔，鉆孔間距為2.5 m、深度為2.0 m、直徑為22 mm，鉆孔與頂板布置的夾角為 70°。

2）桁架錨桿支護孔施工完后，對鉆孔內錨注兩根長度為2.0 m、直徑為22 mm 錨桿，錨桿安裝后在其外露端各安裝一根長度為1.3 m、直徑為16 mm 圓鋼拉桿，在兩根圓鋼拉桿端頭安裝張拉器對其進行張拉預緊。桁架錨桿支護布置排距為3.0 m。

4 結論

1）采用注漿錨索支護后既實現了錨桿（索）錨固支護作用，又實現了注漿加固支護作用，縮短了頂板支護工期，加強了頂板穩定性。

2）采用桁架錨桿支護后彌補了破碎頂板單錨桿支護的不足，降低了頂板垂直應力作用。

3）實測巷道在后期掘進時頂板下沉量為0.12 m，滿足巷道掘進要求，頂板未出現冒漏現象。