司海云

（山西煤炭運銷集團七一煤業(yè)有限公司，山西 晉城 048400）

1 概述

山西煤炭運銷集團七一煤業(yè)有限公司9109回風順槽北部、西部為井田邊界，南部為9#北回風大巷，東為實體煤。9109回風順槽設計長度為1200m，巷道設計斷面規(guī)格為寬×高=4.2×2.4m，施工巷道掘進煤層為9#煤層。9#煤層位于太原組中部K4灰?guī)r之上，煤層厚度1.56～1.72m，平均厚度1.64m，厚度變異系數(shù)11.92%，可采系數(shù)100%，煤層傾角-3°～ +5°，平均4°，結構簡單，不含夾矸，普氏系數(shù)f=1～2，煤層賦存情況穩(wěn)定。9109回風順槽沿9#煤層底板平行掘進，無偽頂，直接頂主要以炭質泥巖為主，平均厚度為2.7m，基本頂主要以砂質泥巖為主，平均厚度為8.7m。目前巷道已掘進290m。

根據(jù)地測資料，9109回風順槽掘進至370m處揭露X0陷落柱，該陷落柱為橢圓形狀，其東西發(fā)育較長，南北發(fā)育較短，預計受影響范圍約30m，預計巷道過陷落柱期間頂板較破碎。

2 過陷落柱施工方案及問題分析

2.1 施工方案

（1） 掘進工藝。初步設計中9109回風順槽采用綜合機械化掘進施工工藝，掘進機單茬掘進深度為1.5m，一次性成巷，巷道掘進后及時清理巷道內(nèi)煤矸石，然后對頂板及巷幫施工永久支護。

（2）支護工藝。初步支護設計中9109回風順槽采用錨桿、錨索、金屬網(wǎng)、鋼帶進行聯(lián)合支護。頂板每排布置5根長度為2.0m、直徑為18mm螺紋鋼錨桿，錨桿間排距為1.0m；頂板鋼帶采用長度為4.0m、寬度為0.2m鋼帶，鋼帶與錨桿配套使用，鋼帶與巷道走向垂直布置；頂板錨索采用長度為4.5m、直徑為17.6mm預應力鋼絞線，每排布置2根，間距為2.0m，排距為3.0m。

2.2 問題分析

（1）掘進擾動影響。9109回風順槽采用綜合機械化掘進后，由于巷道空頂面積大，頂板支護不及時，受巷道圍巖應力影響，巷道掘進后不穩(wěn)定頂板無法起到臨時承載作用，導致頂板出現(xiàn)下沉、破碎現(xiàn)象，不僅增加頂板永久支護施工難度，影響巷道成型率，而且威脅著巷道施工安全。

（2）頂板不穩(wěn)定。通過探測鉆孔發(fā)現(xiàn)，9109回風順槽揭露的X0陷落柱腔體內(nèi)主要為炭質泥巖，且?guī)r體呈破碎狀，膠結穩(wěn)定性差，未能形成穩(wěn)定連續(xù)的塊巖，巷道掘進后頂板極不穩(wěn)定，很容易發(fā)生頂板冒漏現(xiàn)象，威脅著巷道掘進施工安全。

（3）支護難度大。由于過陷落柱期間頂板破碎、不穩(wěn)定，采用普通的錨桿（索）支護時支護體錨固端位于不穩(wěn)定巖體內(nèi)，錨固效果差，造成支護失效現(xiàn)象嚴重，不能起到預期支護效果。

3 過陷落柱安全技術措施

3.1 掘進施工工藝優(yōu)化

為了防止過陷落柱期間一次性成巷導致巷道頂板垮落，決定采用導硐分層爆破施工工藝。

（1）導硐分層爆破對施工巷道進行分層掘進，先爆破下分層預留上分層，下分層掘進后受巷道圍巖應力影響，上分層巖體及巷道頂板產(chǎn)生塑性變形，使上分層出現(xiàn)局部垮落，從而對巷道設計頂板起到卸壓、保護作用。

（2）9109回風順槽過陷落柱期間下分層斷面為寬×高=4.2×1.4m，預留上分層厚度為1.0m，下分層采用光面爆破施工工藝。下分層共計布置26個爆破鉆孔，其中掏槽孔4個，深度為2.0m，輔助孔10個，深度為1.8m，周邊孔12個，深度為1.8m。每個炮孔裝藥量為600g，光面爆破深度為1.6m。如圖1所示。

圖1 過陷落柱期間分層爆破炮孔布置示意圖

（3）光面爆破后對分層上施工一排松動爆破孔，爆破孔施工在距頂板0.5m處且垂直煤壁布置，共計8個爆破孔，炮孔深度為1.2m，炮孔間距為0.5m。炮孔施工后每個炮孔裝藥量為300g，每次允許爆破炮孔數(shù)量為4個，爆破進度為1.0m。

（4）采用礦用乳化三級許可炸藥以及毫秒延期電雷管，光面爆破炮孔封孔深度不得低于0.8m，松動爆破炮孔封孔深度不得低于0.5m。

3.2 支護工藝優(yōu)化

3.2.1 撞楔超前支護施工

（1）撞楔超前支護施工在巷道設計頂板位置，超前支護垂直煤壁布置。首先在指定位置采用YT-23型鑿巖機進行支護孔施工，一排共計10個超前支護孔，孔間距為0.4m，鉆孔直徑為35mm，深度為3.0m。

（2）超前支護鉆孔施工完后，對鉆孔內(nèi)依次填裝錨固劑及鋼針。每個鉆孔兩支錨固劑，一支MSKC23/80超快型，一支MSK23/35快速型；鋼針長度為3.2m，直徑為30mm。填裝后采用手持式鉆機進行錨固。

（3）錨固后在鋼針外露端安裝一根長度為4.0m、寬度為0.15m“M”型鋼帶將其與頂板進行固定，巷道掘進期間永久支護施工在超前支護下方，當巷道掘進2.5m后施工第二排超前支護，以此類推，直至巷道完全過陷落柱。

3.2.2 永久支護工藝優(yōu)化

（1）大錨桿支護。為了提高錨桿錨固效果及屈服強度，將原頂板錨桿支護進行優(yōu)化，采用左旋無縱筋螺紋大錨桿支護，錨桿長度為3.5m，直徑為22mm。為了減少支護鉆孔對頂板擾動破壞，優(yōu)化后頂板每排布置4個錨桿，錨桿間排距為1.2m。

（2）JW型鋼帶支護。為了提高頂板支護斷面，避免集中應力作用下鋼帶對頂板出現(xiàn)切頂破壞，將原頂板鋼帶更換為“JW”鋼帶。鋼帶長度不變，寬度為0.35m，在鋼帶上均勻焊制4個圓孔，孔間距為1.2m，鋼帶與大錨桿配套使用。

（3）恒阻錨索支護。通過對陷落柱頂板施工窺視孔發(fā)現(xiàn)，在頂板往上5.7m處為穩(wěn)定巖層，單層厚度為5.9m，巖體單向抗壓強度為78MPa。所以為了提高錨索對頂板圍巖松動圈懸吊作用，以及錨索支護強度，將原頂板錨索更換為恒阻高預應力錨索。恒阻錨索長度為7.0m，直徑為21.6mm，每排施工兩根，錨索間距為2.5m，排距為3.6m，錨索外露端安裝一根長度為0.8m、寬度為0.30m“JW”型鋼梁。如圖2所示。

圖2 9109回風順槽過X0陷落柱聯(lián)合支護斷面圖

3.2.3 施工注漿錨棚支護

為了進一步提高陷落柱處頂板巖體穩(wěn)定性，減少頂板鉆孔數(shù)量，實現(xiàn)錨桿、注漿同步進行以及提高鋼棚支護強度，巷道掘進后決定安裝注漿錨棚。

（1）支護結構。注漿錨棚主要由鋼棚、注漿錨桿等組成。鋼棚為矩形斷面，斷面規(guī)格為寬×高=4.2×2.4m，鋼棚主要由兩根U29型棚腿和一根JW型頂梁組成。其中JW型頂梁長度為4.0m，寬度為0.35m，頂梁上焊制三個直徑為35mm圓孔，孔間距為1.8m。注漿錨桿長度為3.0m，直徑為30mm，注漿錨桿兩側各均勻焊制5個圓孔，孔間距為0.5m，第一個孔距錨桿端頭距離為0.2m，最后一個孔距錨桿底端距離為0.8m。

（2）施工順序。施工鉆孔（三個）→錨注注漿錨桿→安裝“JW”型頂梁→安裝棚腿→注漿。

（3）施工工藝：① 首先采用MT-130錨索鉆機在頂板施工三個鉆孔，其中中部鉆孔垂直頂板布置，兩幫側鉆孔與巷道兩幫夾角為75°。② 注漿鉆孔施工完后對鉆孔依次填裝錨固劑及注漿錨桿。錨桿錨固長度控制在0.5～0.8m范圍內(nèi)，中部錨桿垂直頂板布置，兩側錨桿成75°夾角布置。③ 錨桿錨固后，在錨桿外露端安裝一根“JW”頂梁，并進行預緊。④ 頂梁安裝后采用卡纜依次安裝兩個棚腿，棚腿安裝時必須保證具有較強的支撐作用力。鋼棚安裝間距為1.2m，在相鄰兩架鋼棚之間采用三組拉桿進行聯(lián)鎖保護。⑤ 錨桿錨固后，向錨桿內(nèi)注入水泥砂漿，注漿壓力控制在0.5～1.2MPa范圍內(nèi)，固結松散的頂板，提高其整體性。

4 結束語

4月11日9109回風順槽揭露X0陷落柱，截至4月19日施工巷道完全過陷落柱。過陷落柱掘進工藝優(yōu)化后，過陷落柱期間平均掘進速度達3.2m/d，采用聯(lián)合支護工藝后，過陷落柱期間巷道頂板未出現(xiàn)破碎、冒落，頂板支護失效率降低至2%以下，保證巷道成型及施工安全，取得了顯著成效。