李 杰

（西山煤電集團(tuán)屯蘭礦，山西 古交 030206）

1 工程概述

潞安集團(tuán)屯蘭礦北三膠帶機(jī)巷位于北三盤區(qū)，巷道以東為北三軌道巷，以西為西翼回風(fēng)石門，以南為右翼回風(fēng)石門，東北為西翼膠帶機(jī)巷。北三膠帶機(jī)巷設(shè)計(jì)長(zhǎng)度為627m，巷道斷面規(guī)格為寬×高=4.4×3.0m，巷道從西翼膠帶機(jī)巷開口沿4#煤層施工497m后，以+8°坡施工71m見2#煤層，再沿2#煤層施工59m至盤區(qū)邊界。4#煤層平均厚度3.0m，直接頂主要以炭質(zhì)泥巖為主，平均厚度為2.7m，基本頂主要以細(xì)砂巖為主，平均厚度為9.7m，截至目前巷道已掘進(jìn)335m。

根據(jù)屯蘭礦地測(cè)科提供鉆探資料顯示，北三膠帶機(jī)巷掘進(jìn)至327m處時(shí)揭露一條陷落柱X4，在水平面上投影呈橢圓形。陷落柱長(zhǎng)軸長(zhǎng)為54m，短軸長(zhǎng)為28m，短軸與巷道夾角為47°。陷落柱墻體內(nèi)主要以炭質(zhì)泥巖、粉砂巖以及煤等混合巖層為主，巖層膠結(jié)穩(wěn)定性差，呈破碎狀，巖體單軸抗壓強(qiáng)度為14.5MPa。X4陷落柱對(duì)施工巷道影響長(zhǎng)度為46m。

2 過(guò)X4陷落柱技術(shù)難題

2.1 原巷道支護(hù)設(shè)計(jì)

北三膠帶機(jī)巷初步支護(hù)設(shè)計(jì)中巷道采用錨桿、錨索、金屬網(wǎng)、鋼帶聯(lián)合支護(hù)。

頂板支護(hù)：頂板錨桿采用桿體為Ф20mm左旋無(wú)縱筋高強(qiáng)度螺紋鋼錨桿，長(zhǎng)度2400mm，桿尾螺紋為M24，型號(hào)為MSGLW-500/20×2400，每排布置5根，錨桿間距×排距=0.9×1.0m；錨索采用Ф22mm的單根鋼絞線，長(zhǎng)度7300mm，型號(hào)為：SKP22-1/1720-7.3，每排布置3根錨索，錨索間距×排距=1.8×3.0m；頂板鋼帶采用規(guī)格為長(zhǎng)×寬×厚=4.2×0.25×0.04m的“W”型鋼帶，每根鋼帶穿插五根錨桿。

幫部支護(hù)：護(hù)幫錨桿采用桿體為Ф20mm左旋無(wú)縱筋高強(qiáng)度螺紋鋼錨桿，長(zhǎng)度2000mm，型號(hào)為MSGLW-500/20×2000。每根錨桿配套一塊規(guī)格為長(zhǎng)×寬=0.45×0.25m的鋼帶，巷幫共施工三排護(hù)幫，護(hù)幫間排距為1.0m。

2.2 存在的技術(shù)難題

（1）北三膠帶機(jī)巷過(guò)陷落柱期間巷道頂板及幫圍巖為陷落柱墻體破碎混合巖體，穩(wěn)定性差，原巷道護(hù)幫錨固端位于破碎巖體內(nèi)，受構(gòu)造應(yīng)力及采動(dòng)壓力影響，護(hù)幫錨桿支護(hù)效果較差，易失效。

（2）巷道第一排護(hù)幫錨桿與頂板間距為0.5m，頂板端錨桿與巷幫間距為0.4m，巷道頂板與幫之間三角煤柱支護(hù)不到位，巷道在過(guò)陷落柱期間三角煤柱難以預(yù)留，垮落現(xiàn)象會(huì)較嚴(yán)重。

（3）由于巷道寬度大，過(guò)陷落柱期間巷道頂板壓力集中顯現(xiàn)，造成頂板破碎嚴(yán)重，下沉量大，原頂板錨桿、錨索以及W型鋼帶維護(hù)時(shí)支護(hù)斷面小，對(duì)破碎頂板維護(hù)效果差，通過(guò)對(duì)前期巷道過(guò)陷落柱頂板觀察發(fā)現(xiàn)，頂板錨桿失效嚴(yán)重，鋼帶受壓出現(xiàn)斷裂，鋼帶與鋼帶之間頂板出現(xiàn)網(wǎng)兜、冒落現(xiàn)象等。

3 優(yōu)化聯(lián)合支護(hù)

為了保證施工巷道安全快速過(guò)X4陷落柱，提高巷道圍巖穩(wěn)定性，決定采用“注漿+架設(shè)L型鋼棚+安裝多筋加粗梯子梁”等聯(lián)合支護(hù)措施進(jìn)行維護(hù)。

3.1 注漿支護(hù)

（1）施工巷道掘進(jìn)至335m處時(shí)在工作面施工一排注漿鉆孔，其中頂板注漿孔3個(gè)，距頂板間距為1.0m，鉆孔間距為1.5m，鉆孔深度為5.0m，且與頂板呈30°仰角布置；兩邊巷幫各布置1個(gè)，距巷幫間距為0.5m，鉆孔深度為5.0m，與巷幫呈30°夾角布置。

（2）鉆孔施工完后采用高壓注漿泵依次向鉆孔內(nèi)注射馬麗散混合液，注漿壓力不得低于1.5MPa，注漿期間發(fā)現(xiàn)煤體有漿液滲出時(shí)立即停止注漿，并對(duì)鉆孔進(jìn)行封堵處理。

（3）第一鉆孔注漿完成后，巷道掘進(jìn)3.0m時(shí)施工第二排注漿鉆孔并進(jìn)行注漿工序，相鄰兩排注漿孔疊加距離為0.8m，依次類推直至巷道完全過(guò)陷落柱。

3.2 架設(shè)“L”型鋼棚

（1）北三膠帶機(jī)巷掘進(jìn)至335m處，在巷道兩幫架設(shè)“L”型工字鋼棚。鋼棚主要由棚腿、頂梁及底座組成，棚腿長(zhǎng)度為3.0m，頂梁長(zhǎng)度為1.5m，頂梁中部焊制一個(gè)直徑為30mm圓孔。巷道每掘進(jìn)1.0m架設(shè)兩架“L”型鋼棚。

（2）首先在架設(shè)鋼棚位置將棚腿底座固定在堅(jiān)硬底板上，且采用反麻花式地錨將其固定。底座固定后將棚腿與底座采用連接螺栓進(jìn)行固定，在巷幫施工兩根長(zhǎng)度為1.0m錨桿并采用抱箍將棚腿與巷幫固定。

（3）棚腿固定后在頂板設(shè)計(jì)位置施工一根長(zhǎng)度為2.0m左旋無(wú)縱筋螺紋鋼錨桿，將頂梁穿插在錨桿上并采用鋼方墊及螺母將其與頂板預(yù)緊固定，預(yù)緊力不得低于200N·m。頂梁與頂板固定后采用卡纜將頂梁與棚腿固定連接。

3.3 安裝多筋加粗梯子梁

（1）北三膠帶機(jī)巷過(guò)陷落柱期間頂板施工的多筋加粗梯子梁主要由6根長(zhǎng)度為4.2m、直徑為20mm圓鋼，3根長(zhǎng)度為8.3m高預(yù)應(yīng)力鋼絞線，3塊長(zhǎng)度為0.5m、寬度為0.28m“JW”型鋼帶，4根夾板以及若干根圓鋼托架組成，如圖1所示。

（2）當(dāng)施工巷道過(guò)陷落柱期間巷道頂板每施工兩排永久支護(hù)后，在相鄰兩排永久支護(hù)中間施工一組多筋加粗梯子梁，梯子梁間距為1.0m，相鄰兩組梯子梁之間采用兩根長(zhǎng)度為0.8m圓鋼托架進(jìn)行連接。

（3）首先在巷道頂板施工三根錨索，錨索間距為1.5m。將6根圓鋼采用夾板進(jìn)行固定形成梯子梁，圓鋼間間距為0.08m，固定后梯子梁總寬度為0.5m。

（4）將梯子梁穿插在頂板錨索上并及時(shí)安裝“JW”型鋼帶，采用鋼方墊及鎖具對(duì)其預(yù)緊，預(yù)緊力不得低于233kN。

圖1 北三膠帶機(jī)巷破碎頂板支護(hù)平面示意圖

4 應(yīng)用效果

北三膠帶機(jī)巷在過(guò)X4陷落柱時(shí)通過(guò)技術(shù)研究，采用“注漿+架設(shè)L型鋼棚+安裝多筋加粗梯子梁”等聯(lián)合支護(hù)措施對(duì)破碎頂板及巷幫進(jìn)行維護(hù)，實(shí)際應(yīng)用中取得了顯著效果。

（1）采用注漿支護(hù)后大大提高了陷落柱附近煤巖體膠結(jié)穩(wěn)定性及承載能力。通過(guò)觀察發(fā)現(xiàn)，注漿后破碎煤巖體單軸抗壓強(qiáng)度由原來(lái)的17.6MPa提高至54.2MPa，保證了錨桿錨固強(qiáng)度，注漿后錨桿抗拉拔力提高至103kN。

（2）通過(guò)施工“L”型鋼棚對(duì)巷道頂板與巷幫之間的三角煤柱進(jìn)行維護(hù)，解決了因錨桿支護(hù)強(qiáng)度低、支護(hù)不到位，造成三角煤柱維護(hù)難度大、局部垮落等技術(shù)難題。北三膠帶機(jī)巷過(guò)X4陷落柱期間共計(jì)施工39組“L”型鋼棚，在施工鋼棚處三角煤柱未發(fā)現(xiàn)破碎、垮落現(xiàn)象。

（3）北三膠帶機(jī)巷頂板施工多筋加粗梯子梁，彌補(bǔ)了頂板鋼帶支護(hù)強(qiáng)度低、支護(hù)面積小的不足，加大了頂板支護(hù)面積，有效防止了破碎頂板下沉、離層、局部冒頂?shù)痊F(xiàn)象。施工多筋梯子梁后，提高了頂板平整性，頂板最大下沉量?jī)H為0.10m，未出現(xiàn)大面積破碎、網(wǎng)兜等現(xiàn)象。