突出煤層托頂煤石門揭煤支護(hù)技術(shù)

張 濤，劉紅旗

（冀中能源峰峰集團(tuán)有限公司 羊東礦，河北 邯鄲 056201）

1 概 況

羊東礦井田位于太行山支脈—鼓山的東麓，為峰峰集團(tuán)有限公司所屬煤田的中東部，原羊渠河礦井的深部，其行政區(qū)劃隸屬于河北省邯鄲市峰峰礦區(qū)，2005 年鑒定為煤與瓦斯突出礦井，2 號煤層為突出煤層，該煤層具有瓦斯含量大、壓力高的特點(diǎn)[1]。當(dāng)石門開口層位位于2 號煤層底板下部時(shí)，石門揭煤要從巷道頂板穿過6 m 左右厚度煤層至煤層底板[2]，該過程屬于留煤假頂掘進(jìn)，掘進(jìn)過程中由于煤體松軟易碎，若頂板支護(hù)不到位容易出現(xiàn)頂板漏垮型冒頂、片幫、瓦斯超限事故。邯邢地區(qū)的礦井突出煤層石門揭煤巷道多采用U 鋼支護(hù)，或采取縮小錨索間排距等手段加強(qiáng)巷道的支護(hù)強(qiáng)度。但U 鋼支護(hù)為被動(dòng)支護(hù)，勞動(dòng)強(qiáng)度大，效率低，搬運(yùn)物料風(fēng)險(xiǎn)大；縮小錨桿、錨索支護(hù)間排距不能完全杜絕由于煤體松軟導(dǎo)致的漏垮型冒頂。針對以上存在的問題，提出通過超前煤體注化學(xué)漿加固，巷道迎頭打設(shè)超前錨桿，依據(jù)煤層賦存位置及形態(tài)靈活選用長5～11 m 錨索支護(hù)，將錨索打設(shè)在穩(wěn)固巖層中的巷道支護(hù)方案，通過礦壓觀測，表明該支護(hù)方案能有效杜絕拖煤掘進(jìn)期間由于頂部煤體松軟、破碎導(dǎo)致的冒頂、片幫及瓦斯超限事故。

8206 運(yùn)料石門掘進(jìn)工作面東部以下8212 采空區(qū)為界，西部以-240 小青大巷為界，南部以-240大巷及主斜繞道為界，北部上8212 采空區(qū)為界，石門揭煤托頂煤段巷道層位位于粉砂巖到大煤底板之間，主要巖層為粉砂巖、中粒砂巖、粉砂泥質(zhì)巖。石門揭煤自距大煤底板5 m 開始執(zhí)行至摸大煤頂板結(jié)束，工程量共計(jì)25 m。

2 巷道支護(hù)設(shè)計(jì)

石門揭煤期間巷道采用直墻半圓拱斷面，凈寬×凈高=4.5 m×3.5 m，采用錨網(wǎng)噴支護(hù)[3]。錨桿選用L2.4 m、φ20 mm 的全螺紋高強(qiáng)錨桿，間排距為700 mm，螺母扭矩不小于200 N.m，抗拉拔力不小于130 kN[2]。

石門揭煤期間，每天早班打設(shè)2 個(gè)探測2 號煤層構(gòu)造的超前探孔，直至石門揭煤工程結(jié)束，以控制煤層層位，掌握煤層賦存位置及形態(tài)，根據(jù)探煤情況，錨索選用φ21.8 mm、L5～11 m 的高強(qiáng)度低松弛鋼絞線[2]。錨索布置5 趟，間距1.4 m、排距1.4 m，預(yù)緊力不小于250 kN。正頂3 趟錨索配合弧形槽鋼垂直掘進(jìn)方向使用，弧長3.0 m，3 孔布置，孔距1.4 m；兩幫2 趟錨索使用直槽鋼順掘進(jìn)方向使用，長4.0 m，3 孔布置，孔間距1.4 m。當(dāng)巷道頂板距大煤底板≥8 m 時(shí)，使用長度7.5 m 的錨索；當(dāng)巷道頂板距大煤底板5～8 m 時(shí)，使用長度5 m 錨索；當(dāng)巷道頂板距大煤底板≤5 m，使用長度11 m 的錨索，當(dāng)巷道頂板距大煤底板≤3 m時(shí)，使用10 m 錨索[2]，保證錨索能錨固到頂板穩(wěn)定巖層中。巷道全斷面鋪設(shè)雙層網(wǎng)，里層鋪設(shè)塑料網(wǎng)，外層使用鋼筋網(wǎng)。石門揭煤托煤掘進(jìn)如圖1 所示，錨網(wǎng)索支護(hù)如圖2 所示。

圖1 石門揭煤托煤掘進(jìn)預(yù)想剖面Fig.1 Preconceived section of cross-cut coal uncovering and coal driving

圖2 巷道錨網(wǎng)索支護(hù)設(shè)計(jì)示意Fig.2 Support design of roadway anchor cable

3 超前支護(hù)方案

超前支護(hù)采用打設(shè)超前錨桿及向煤體注射有機(jī)高分子材料固化煤體的方式加固頂板。

3.1 超前錨桿加固頂板

超前支護(hù)錨桿采用長度L2 400 mm、φ20 mm高強(qiáng)錨桿，錨桿間距≤180 mm[2]，錨桿布置于巷道輪廓線下100 mm 位置，與巷道輪廓線成+9°方向進(jìn)行打設(shè)，每掘1.6 m 打設(shè)1 次，每循環(huán)打設(shè)不少于23 根，并采用2 卷K2335 和3 卷Z2335 型樹脂錨固劑進(jìn)行全長錨固，超前錨桿打設(shè)如圖3、圖4所示。

圖3 超前錨桿打設(shè)Fig.3 Advanced bolt installation

圖4 煤體注漿Fig.4 Coal body grouting

3.2 頂部煤體固化加固頂板

托頂煤掘進(jìn)期間為控制頂部煤體松軟造成巷道支護(hù)困難，采取注有機(jī)分子材料（化學(xué)漿） 的方式超前加固頂板，以提高煤體強(qiáng)度和完整性。注漿材料為凝聚Ⅰ號A 組分，凝聚Ⅰ號B 組分。配比為1∶1。設(shè)計(jì)單排注漿孔4 個(gè)，每孔孔深5 m，注漿管4 號鋼管，長度4 m，封孔段長1.5 m，孔徑28 mm，孔間距1 m。注漿孔開孔位置布置在巷道頂部輪廓線內(nèi)側(cè)300 mm 處，順巷道方向打設(shè)，垂直打設(shè)角度為27°～45°，水平打設(shè)角度分別為6°、16°，注漿循環(huán)內(nèi)控制煤體厚度3 500 mm，寬度8 100 mm，單孔漿液有效擴(kuò)散半徑為1.2 m，注漿量為108 kg。煤體注漿情況如4 所示。

每班注完漿后，必須進(jìn)行注水并對施工區(qū)域打設(shè)穿透性散熱鉆孔，注水設(shè)計(jì)孔深5 m，注水管長4～4.5 m，封孔段長1.5 m，孔徑28 mm，孔間距1 000 mm，均勻布置在注漿孔兩側(cè)各500 mm處。注水孔順巷道方向打設(shè)，角度與注漿孔保持一致。穿透性散熱鉆孔數(shù)量不少于3 個(gè)/m2。

4 石門揭煤巷道礦壓觀測

8206 石門揭煤巷道移近量觀測采用“十字布點(diǎn)法”進(jìn)行觀測，如圖5 所示，每5 m 設(shè)置1 個(gè)測點(diǎn)，共設(shè)置5 個(gè)，石門揭煤自8 月20 日開始至9月12 日結(jié)束，連續(xù)觀測3 個(gè)月，巷道移近量變化最大值統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表1。

表1 巷道移近量觀測統(tǒng)計(jì)結(jié)果Table 1 Statistical results of roadway convergence observation

圖5 十字布點(diǎn)法示意Fig.5 Signature of cross pointing method

通過井下現(xiàn)場觀測，托頂煤石門揭煤巷道成型良好，未出現(xiàn)幫鼓、網(wǎng)兜及頂板開裂情況，錨桿、錨索拉拔力均符合要求，巷道頂?shù)装寮皟蓭妥畲笠平靠刂圃?2 mm，變形量控制在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)。

5 結(jié) 論

（1） 采用托頂煤煤體注射化學(xué)漿加固，可改變托頂煤煤體松散結(jié)構(gòu)，提高煤體粘聚力和內(nèi)摩擦角，迎頭巷道打設(shè)超前錨桿，巷道全斷面鋪設(shè)雙層塑料網(wǎng)，杜絕了石門揭煤掘進(jìn)期間由于頂煤破碎導(dǎo)致漏垮型冒頂、瓦斯超限事故。

（2） 石門揭煤期間，根據(jù)打設(shè)探眼情況，掌握煤層賦存位置及形態(tài)，靈活選取5～11 m 長度錨索，可將錨索穩(wěn)固在穩(wěn)定巖層中，為錨索提供可靠著力基礎(chǔ)。

（3） 通過對巷道表面收斂觀測，錨桿、錨索拉拔力測試，礦壓觀測結(jié)果表明巷道變形量在設(shè)計(jì)允許范圍內(nèi)，實(shí)現(xiàn)了快速、安全、高效揭煤。該石門揭煤巷道支護(hù)方案較傳統(tǒng)U 鋼支護(hù)，具有勞動(dòng)強(qiáng)度底、成本低、施工速度快，安全可靠等優(yōu)點(diǎn)，已成功運(yùn)用于羊東礦8268 運(yùn)煤石門、8206 運(yùn)料石門揭煤工作面中，具有推廣價(jià)值。