掘進(jìn)巷道應(yīng)力區(qū)圍巖安全支護(hù)技術(shù)

師江濤

（晉能控股集團(tuán)晉圣坡底煤業(yè)有限公司，山西 晉城 048000）

1 3107 回風(fēng)順槽概況

晉能控股集團(tuán)晉圣坡底煤業(yè)有限公司3107 回風(fēng)順槽北部為實(shí)體煤，南部為3105 工作面運(yùn)輸順槽（已掘），東部為實(shí)體煤，西部為3106 工作面。

3107 回風(fēng)順槽沿煤層頂板掘進(jìn)至371.32 m 后調(diào)整為沿煤層底板掘進(jìn)，施工區(qū)域內(nèi)3 號(hào)煤層厚度6.16m，傾角0°～25°，蓋山厚度73～172 m（根據(jù)地面標(biāo)高和井下標(biāo)高計(jì)算）。3 號(hào)煤層呈灰黑至黑色，似金屬光澤，半亮型煤為主，階梯狀、貝殼狀斷口，內(nèi)生裂隙較發(fā)育，性脆易碎，塊狀，層狀構(gòu)造。煤層視密度1.45 t/m3；3 號(hào)煤層巖樣單軸抗壓強(qiáng)度為單軸抗壓強(qiáng)度12.0～16.0 MPa，平均為13.5 MPa；飽和單軸抗壓強(qiáng)度6.0～7.6 MPa，平均為6.7 MPa，屬軟巖類(lèi)；軟化系數(shù)0.50，泊松比0.50，普氏硬度系數(shù)為1.3，煤層頂?shù)装鍘r性如表1 所示。

表1 3107 回風(fēng)順槽掘進(jìn)的3 號(hào)煤層頂?shù)装鍘r性

3107 回風(fēng)順槽在0～371 m 段為矩形斷面，巷道斷面規(guī)格寬×高=3.8×2.5 m，采用錨網(wǎng)索+鋼筋托梁進(jìn)行支護(hù)。在371～721 m 段為梯形斷面，高度為2.5 m，上寬為3.4 m、下寬為4.8 m，采用錨桿（索）聯(lián)合支護(hù)；巷道采用綜合機(jī)械化掘進(jìn)工藝，截至2022 年3 月18 日巷道已掘進(jìn)470 m[1-2]。

3107回風(fēng)順槽掘進(jìn)至450 m 處時(shí)巷道頂板及進(jìn)向左幫開(kāi)始出現(xiàn)破碎現(xiàn)象，當(dāng)巷道掘進(jìn)至460 m 處時(shí)左側(cè)巷幫上部出現(xiàn)大面積垮落，最大垮落長(zhǎng)度為13 m，深度為1.5 m，垮落后對(duì)垮落區(qū)巷幫采取單錨桿、金屬網(wǎng)進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)，對(duì)頂板空頂區(qū)采取單錨索支護(hù)；當(dāng)巷道掘進(jìn)至470 m 處時(shí)巷幫垮落深度達(dá)1.9 m，頂板出現(xiàn)斷裂、破碎，巷道被迫停止施工。

2 巷道原永久支護(hù)及臨時(shí)支護(hù)

2.1 永久支護(hù)

1）錨桿：停采線外及停采線里煤柱側(cè)采用MG400/20×2000 mm 左旋無(wú)縱肋螺紋鋼錨桿；錨桿間排距為800 mm、800 mm；采用150 mm×150 mm×10 mm 拱形高強(qiáng)度托盤(pán)。

2）錨索：高強(qiáng)度、低松弛、大延伸率SKP21.8-1/1860/8300mm的1×19 結(jié)構(gòu)的鋼絞線錨索，型號(hào)Φ21.8mm×8300 mm，沿巷道中心線左右對(duì)稱布置2 根，間距和間排距均為1600 mm。在頂板破碎區(qū)域，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況補(bǔ)打錨索或縮小錨索間排距補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)。

3）鋼筋托梁：頂幫架設(shè)鋼筋托梁，采用Φ14 mm鋼筋制作，外寬70 mm，頂梁長(zhǎng)度3500 mm，5 孔布置；幫梁長(zhǎng)度1900 mm，3 孔布置[3-4]。

2.2 臨時(shí)支護(hù)

1）巷道掘進(jìn)期間采用絲杠式前探梁超前支護(hù)，該裝置主要由吊環(huán)、絲杠、縱梁、橫梁等部分組成，如圖1 所示。

圖1 絲杠式前探梁超前支護(hù)示意圖（單位：mm）

2）支護(hù)時(shí)現(xiàn)將3 組吊環(huán)安裝在掘迎頭3 排鋼帶下方，然后在吊環(huán)上插入3 根橫梁，橫梁上安裝絲杠，將4 根縱梁沿巷道走向鋪設(shè)在橫梁上方，擰動(dòng)絲杠使縱梁與頂板接觸嚴(yán)實(shí)，從而達(dá)到超前支護(hù)目的。

3 應(yīng)力區(qū)圍巖安全加強(qiáng)支護(hù)技術(shù)

3.1 注漿支護(hù)

1）為了提高巷幫圍巖整體穩(wěn)定性，決定對(duì)巷幫垮落區(qū)施工注漿鉆孔進(jìn)行注漿加固，每排施工兩個(gè)注漿孔（鉆孔編號(hào)為1 號(hào)、2 號(hào)），其中1 號(hào)注漿孔布置在距頂板1.0 m，距左側(cè)巷幫0.5 m 處；2 號(hào)鉆孔布置在頂板與巷幫之間的肩角煤柱上，如圖1 所示。

2）注漿鉆孔深度為3.0 m，直徑為42 mm，其中1號(hào)鉆孔布置仰角為30°，2 號(hào)鉆孔布置仰角為45°，鉆孔布置排距為3.0 m，鉆孔施工完后對(duì)鉆孔內(nèi)安裝注漿軟管并采用膨脹水泥進(jìn)行封孔處理[5-6]。

3）采用聚氨酯黏合劑作為注漿材料，與傳統(tǒng)水泥砂漿相比，該注漿材料屬于有機(jī)化學(xué)材料，漿液滲透能力強(qiáng)度，凝固時(shí)間短，且注漿后形成的凝固體具有很強(qiáng)的黏接效果及抗壓強(qiáng)度。

4）注漿時(shí)先從上往下依次注漿，注漿壓力控制在2.5～5.0 MPa 范圍內(nèi)，注漿期間應(yīng)隨時(shí)觀測(cè)鉆孔注漿量以及注漿時(shí)間，出現(xiàn)煤壁有漿液滲透時(shí)立即停止注漿施工。

3.2 梯形鋼棚支護(hù)

1）3107 回風(fēng)順槽架設(shè)的鋼棚棚梁、棚腿均采用12 號(hào)礦用工字鋼加工而成，其中鋼棚棚梁長(zhǎng)度為3.64 m，棚腿長(zhǎng)度為2.8 m，鋼棚棚距為0.6 m，扎腳16°，鋼棚間拉桿采用Φ16 mm 拉桿制作而成，兩幫各上2 個(gè)拉桿，鋼棚與巷道頂幫之間背板背實(shí)，若出現(xiàn)拉鉤孔損壞，可采用直徑不小于60 mm 撐木和8號(hào)鐵絲配合固定，且綁扎不少于2 股，如圖2 所示。

圖2 3107 回風(fēng)順槽破碎圍巖支護(hù)斷面示意圖（單位：mm）

2）采用規(guī)格為長(zhǎng)×寬×厚=1000 mm×200 mm×50 mm 的紅松木背板對(duì)鋼棚與圍巖之間間隙進(jìn)行填充，布置方式：頂4 塊，兩幫各3 塊，配合使用木楔接頂、幫嚴(yán)實(shí)。

3）鋼棚架設(shè)區(qū)域內(nèi)頂板鋪設(shè)GW6.0/100-1.0×2.0型鋼筋網(wǎng)，采用Φ6 mm 鋼筋焊接而成，鋼筋網(wǎng)長(zhǎng)度為2.0 m，寬度為1.0 m，網(wǎng)片搭接長(zhǎng)度不得小于100 mm，使用14 號(hào)的雙股鉛絲鏈接，鏈接要做到雙絲雙扣，呈兩排“三花”布置，每隔200 mm 聯(lián)網(wǎng)2 道，鏈接點(diǎn)間距不大于200 mm，擰結(jié)量不得少于3 圈，網(wǎng)片要鋪平、鋪展緊貼巖面。

4）鋼棚架設(shè)時(shí)前探梁沿巷道施工方向布置，梁間距要均勻，前探梁彎曲要及時(shí)更換；每根前探梁使用3 個(gè)固定點(diǎn)，3 個(gè)固定點(diǎn)布置均勻，梁尾距吊掛點(diǎn)不得小于0.3 m。

3.3 穿幫錨索支護(hù)

為了防止巷幫圍巖在超前應(yīng)力作用下出現(xiàn)破碎、垮落，決定對(duì)巷道進(jìn)向左幫采取穿幫錨索支護(hù)。

1）穿幫錨索施工在巷道進(jìn)行左幫上，每排布置4 根錨索支護(hù)孔，鉆孔直徑為30 mm，深度為4.0 m，錨索垂直煤壁布置，如圖2 所示，第1 個(gè)穿幫錨索鉆孔距頂板間距為0.3 m，相鄰2 個(gè)鉆孔布置間距為0.5 m。

2）鉆孔施工完后對(duì)鉆孔內(nèi)填裝錨固劑以及1 根長(zhǎng)度為3.8 m，直徑為21.8 mmm 錨索，并采用鉆機(jī)進(jìn)行錨固；穿幫錨索施工完后巷道在掘進(jìn)過(guò)程中采用長(zhǎng)度為2.0 m“M”型鋼帶進(jìn)行固定。

4 結(jié)語(yǔ)

截至4 月3 日巷道已掘進(jìn)至520 m，通過(guò)對(duì)巷道破碎圍巖采取聯(lián)合支護(hù)技術(shù)后，巷道在后期掘進(jìn)過(guò)程中圍巖破碎現(xiàn)象得到了有效控制，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)觀察發(fā)現(xiàn)，在后期掘進(jìn)中左幫最大片幫長(zhǎng)度控制在3.0 m 以下，最大片幫深度控制在0.5 m 以下，未出現(xiàn)頂板破碎、斷裂現(xiàn)象，巷道掘進(jìn)速度提高至6.5 m/d，大大提高了巷道掘進(jìn)效率，取得了顯著應(yīng)用成效。