龐龐塔煤礦托頂煤巷道錨噴注聯合補強支護技術

高艷明

（霍州煤電集團呂臨能化有限公司龐龐塔煤礦，山西 呂梁 033200）

1 工程概況

龐龐塔煤礦9-803 工作面主采9#煤層。9#煤層位于太原組中下部，上距5#煤層40.90～56.15 m，平均50.63 m，煤層賦存穩定，結構復雜，含1～2層夾矸，平均煤厚為11.8 m，屬特厚煤層，煤層傾角為12°～36°，平均24°，采用綜采放頂煤法開采。9-8032 巷為9-803 工作面的回風巷，矩形斷面，毛寬4.5 m，凈寬4.3 m，毛高3.6 m，凈高3.5 m，長度1542 m，與9-8011 巷平距35 m。9-8032巷支護方式為“錨網+W 鋼護板配合工字鋼+錨索”聯合支護，頂部為Φ22 mm×2400 mm 左旋螺紋鋼高強錨桿，幫部為Φ22 mm×2000 mm 左旋螺紋鋼高強錨桿，頂、幫錨桿采用交錯式布置（即頂錨桿與幫錨桿排距為0.4 m），間、排距均為800 mm×800 mm。

9-8032 巷受9-801 工作面采動、迎采送巷和托頂煤掘進影響，巷道局部礦壓顯現明顯，頂底板及兩幫移近量大。為了保證工作面推進期間頂板安全，需對巷道進行補強支護。

2 頂板補強區域劃分

為確定9-8032 巷補強支護的范圍，采用鉆孔窺視儀對圍巖的變形破碎情況進行觀測分析，共布置50 個窺視孔，窺視結果如圖1。

圖1 頂板鉆孔窺視結果

由圖1 可知，1800 m 處的頂板深部圍巖相對較完整，但淺部頂煤的破碎程度較高，裂隙發育明顯，同時8～9.5 m 存在部分軟弱夾層；1880 m 處的頂板淺部頂煤同樣呈破碎狀態，同時深部8.3 m 及9.4 m 處存在有離層現象，對巷道的穩定性影響較大；1900 m 處淺部頂煤破碎變形程度加劇，且深部圍巖出現了多處離層及軟弱夾層，隨著時間的推移可能發育成較大的離層甚至冒頂；1920 m 及1950 m 處頂板的離層主要分布在圍巖深度6.4 m、7.5 m、8.3 m 及10.0 m 之間，且1950 m 處的頂板在圍巖8.2～8.7 m 間存在較多的微小裂隙。

綜合各處頂板窺視結果可知，巷道頂板淺部頂煤已基本破碎，頂板存在多處離層，主要分布在6～10 m 的深度范圍內，另外部分區域的軟弱夾層及微小裂隙發育程度較高，因此確定9-8032 巷需要進行補強支護的區域為1800～1955 m 段。

3 巷道聯合補強支護技術[1-6]

3.1 補強支護思路

對巷道回縮區域先幫部注漿維護，再在頂部施工注漿錨索，然后對頂板噴漿維護，并進行擴刷處理永久支護，最后架工字鋼棚維護頂板。

施工順序：幫部注漿→施工注漿錨索→頂板噴漿→臨時支護→人工擴刷→永久支護→架棚。

頂板噴漿可以在注漿錨索前施工。

3.2 幫部注漿

1）注漿材料：礦用充填加固材料Ⅰ號。

2）漿液構成：礦用充填加固材料Ⅰ號與水攪拌均勻后進行泵送。

3）水灰比：0.28:1。

4）注漿壓力：1～3 MPa。

5）注漿孔布置：① 擴刷幫布置注漿孔1 個，注漿孔距頂板1.6 m 處與水平夾角10°向上開孔，注漿孔間距4 m，采用注漿封孔器封孔，孔內封孔位置距孔口2 m（也可根據現場實際情況而定）。② 注漿根據漿液的有效擴散，如破碎帶裂隙較大，漿液有效擴散性強，可加大注漿孔間距。Φ42 mm鉆頭成孔。

注漿壓力：逐漸升至2.0～5.0 MPa（注漿時需認真觀察表面漿液漏跑情況，當明顯漏跑漿液時，即使未達到注漿壓力，也應立即停止注漿）。注漿施工示意圖如圖2。

圖2 注漿施工示意圖（mm）

擴刷前對巷道頂板進行噴漿加固，噴漿材料使用纖維混凝土材料，噴射厚度3 cm。

3.3 巷幫擴刷支護方式

施工方式：巷幫擴刷的循環進度為0.8 m，最大空頂距不大于1.2 m，最小空頂距不大于0.4 m；每次只允許拆卸1 排錨桿，永久支護結束后，方可進行下一循環，從上到下的原則進行擴刷；支護期間先頂后幫，架棚最多滯后擴刷5 個循環，從里往外開始架棚支護作業。

臨時支護：擴刷期間采用支設單體柱“一梁兩柱”臨時支護頂板，臨時支護超前擴刷3 排，單體柱間距1 m，支設10 排；擴刷期間，隨著架棚的推進，前移單體柱π 梁支護，單體柱初撐力為15 MPa；頂板不平整區域無法支設臨時支護時，先對頂板采用工字鋼錨索構頂補強維護，后擴刷；工字鋼長3.2 m，一組三根，排距2.0 m，錨索錨入穩定巖層2.0 m，構頂前安裝托盤張拉預緊至210～290 kN。

擴刷區域采用“錨網+W 鋼護板+錨索+噴漿+注漿+工字鋼梯形棚”聯合支護，幫錨桿采用Ф20 mm×2400 mm 左旋螺紋鋼高強錨桿，間排距800 mm×800 mm；幫部中間施工一根錨索代替錨桿，規格Ф21.8 mm×5300 mm 低松弛鋼絞線；幫部無工字鋼錨索區域，施工工字鋼錨索，排距2.4 m，工字鋼選用長2.0 m，眼距1.6 m；補打錨索選用Φ21.8 mm×5300 mm 低松弛鋼絞線，每根幫錨索選用MSZ2360 型樹脂錨固劑2 條和CKb2340 型樹脂錨固劑1 條進行錨固，外露長度150～250 mm，預緊力為210～290 kN。

巷道頂板正中施工一根中空注漿錨索補強維護，規格Φ22 mm×11 300 mm，排距1.6 m。擴幫后頂部錨桿支護失效或破壞、頂部支護距煤幫距離大于0.4 m 時，施工Ф21.8 mm×4300 mm 低松弛鋼絞線支護頂板，距離大于1.2 m 時再施工一根Ф22 mm×2400 mm 左旋螺紋鋼高強錨桿錨桿支護頂板，深度較大時，錨桿間排距800 mm×800 mm。原頂錨索破壞、失效時，補打Ф21.8 mm×10 300～12 300 mm 低松弛鋼絞線支護頂板（錨入穩定巖層不小于2.0 m），每根頂錨桿采用MSZ2360 型樹脂錨固劑和CK2340 型樹脂錨固劑各1 條進行錨固，預緊力不低于300 N·m。每根頂錨索采用MSZ2360 型樹脂錨固劑2 條和CK2340 型樹脂錨固劑1 條進行錨固。

巷道擴刷支護斷面圖如圖3。

圖3 巷道擴刷支護斷面圖（mm）

4 效果

1）頂板離層

布置2 個頂板離層測站，每個測站分別布置一個淺基點和深基點，其中淺基點深度為9 m，深基點深度為12 m，覆蓋錨索支護范圍。測量結果如圖4。

圖4 頂板離層監測結果

由圖4 可知，頂板巖層較為穩定，整體離層量控制在22 mm 以下。其中淺基點離層量在12～15 mm，深部基點的離層量為8 mm，說明頂板的變形破壞主要集中在淺部頂煤及泥巖層，深部圍巖相對完整。另外，頂板的離層時間主要集中在前7 d，15 d 后頂板離層速度降低，60 d 后保持穩定，說明該支護方案能夠及時有效控制頂板變形。

2）頂板下沉量

采用十字布點法對頂板的變形情況進行監測統計，監測結果如圖5。

圖5 頂板下沉量監測結果

由圖5 可知，1#測點的頂板最大下沉量為24 mm，2#測點的頂板最大下沉量為21 mm，整體位移較小，驗證了該補強支護方案的合理性。

5 結論

龐龐塔煤礦9-8032 巷受9-801 工作面采動、迎采送巷和托頂煤掘進影響，巷道局部礦壓顯現明顯，頂底板及兩幫移近量大。為了保證工作面推進期間頂板安全，采用鉆孔窺視儀，確定了需要補強支護的范圍為1800～1955 m 之間，提出了“擴刷幫注漿+注漿錨索+頂板噴漿+架棚”的聯合補強支護方案。巷道整體穩定性較好，保證了工作面的安全高效生產。