趙亞新

（大同煤礦集團(tuán)忻州窯礦，山西 大同 037001）

1 概述

大同煤礦集團(tuán)忻州窯礦8507 工作面位于井田東盤區(qū)，工作面東部為14-3#層?xùn)|二盤區(qū)5307 廢巷，南部為14-3#層?xùn)|二盤區(qū)8307 工作面，西部為14-3#層?xùn)|三盤區(qū)8509 工作面，北部為14-3#層?xùn)|三盤區(qū)集中回風(fēng)、軌道、皮帶大巷。

8507 工作面可采長度為543m，切巷長度為150m，回采煤層平均厚度為3.27m。煤層結(jié)構(gòu)簡單，煤層傾角為1～5°，平均3°。工作面中部高，兩邊低，大致呈背斜構(gòu)造。工作面煤層走向?yàn)楸睎|、南東，傾向?yàn)楸蔽?、南西。工作面頂板存在偽頂，主要以炭質(zhì)泥巖為主，平均厚度為0.7m；直接頂主要以煤、泥巖、砂巖混合巖層為主，平均厚度為2.1m；基本頂主要以粗砂巖為主，平均厚度為11.7m。

8507 切巷設(shè)計(jì)斷面規(guī)格為寬× 高=7.0×3.3m，切巷采用掘進(jìn)機(jī)與松動(dòng)爆破聯(lián)合施工工藝，即掘進(jìn)機(jī)一次性成巷，巷道斷面規(guī)格為寬×高=4.5×3.5m，松動(dòng)爆破擴(kuò)幫施工，擴(kuò)幫斷面規(guī)格為寬×高=2.5×3.5m。由于巷道施工斷面規(guī)格大，切巷掘進(jìn)完成后預(yù)計(jì)2.5 個(gè)月后方可進(jìn)行工作面設(shè)備安裝，為了防止頂板應(yīng)力集中導(dǎo)致圍巖變形、破碎現(xiàn)象，決定對(duì)切巷頂板采取水力造穴卸壓技術(shù)以及對(duì)圍巖采取聯(lián)合支護(hù)技術(shù)。

2 水力造穴卸壓技術(shù)

2.1 技術(shù)原理

不穩(wěn)定軟巖或煤體在應(yīng)力作用下，煤巖體內(nèi)部產(chǎn)生裂隙，使得應(yīng)力在裂隙區(qū)內(nèi)進(jìn)行卸壓作用，從而加劇了煤巖體破壞程度。水力造穴卸壓技術(shù)主要通過專用設(shè)備在煤巖體內(nèi)指定位置施工造穴鉆孔，但未破壞煤巖體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，從而人工形成應(yīng)力卸壓區(qū)。煤巖體在應(yīng)力作用下，造穴鉆孔四周煤巖體發(fā)生膨脹變形現(xiàn)象，并向造穴鉆孔內(nèi)進(jìn)行位移，從而實(shí)現(xiàn)卸壓目的，大大削弱了集中應(yīng)力對(duì)煤巖體破壞作用。

2.2 造穴鉆孔位置確定

對(duì)8507 切巷應(yīng)力區(qū)頂板施工三個(gè)深度為8.0m窺視鉆孔，對(duì)孔壁成像觀察發(fā)現(xiàn)，在鉆孔0～3.0m范圍孔壁巖體破碎相對(duì)嚴(yán)重，在該范圍內(nèi)形成圍巖松動(dòng)圈；在3.0～5.0m 范圍內(nèi)孔壁成型相對(duì)較好，但局部區(qū)域裂隙發(fā)育；在5.0～8.0m 范圍內(nèi)鉆孔孔壁成型完好。由于8507 切巷直接頂主要以混合巖層為主，極易破碎，為了不破壞原頂板巖體穩(wěn)定性，同時(shí)達(dá)到卸壓目的，決定將造穴鉆孔施工在頂板往上4.0～5.0m 范圍內(nèi)。

2.3 造穴鉆孔施工工藝

（1）通過對(duì)切巷頂板觀察發(fā)現(xiàn)，巷道頂板應(yīng)力區(qū)成條帶式布置，主要集中在巷道頂板中部，巷道中部下沉現(xiàn)象嚴(yán)重，所以決定在切巷中線處頂板依次布置造穴鉆孔。

（2）首先采用TMZX-18 型礦用鉆機(jī)、中空鉆桿以及合金鉆頭對(duì)切巷頂板施工普通鉆孔。鉆孔深度為5.0m，鉆孔直徑為90mm，鉆孔向采空區(qū)方向以75°夾角布置。

（3）普通鉆孔施工到位后對(duì)鉆機(jī)更換旋轉(zhuǎn)式鉆頭進(jìn)行水力造穴施工。造穴時(shí)從鉆孔底部向孔口方向施工，造穴長度為0.8m，造穴寬度為0.4m，造穴后及時(shí)清理鉆孔內(nèi)煤屑。

（4）8507 切巷造穴鉆孔間距為10m，鉆孔施工完后對(duì)鉆孔孔口處采用膨脹水泥進(jìn)行封堵，封堵長度不得低于0.5m，并在鉆孔口處安裝有害氣體監(jiān)測儀，每班檢測、記錄孔口處氣體濃度，若濃度超限時(shí)必須及時(shí)處理。

3 切巷圍巖聯(lián)合支護(hù)措施

3.1 頂板支護(hù)措施

為了進(jìn)一步提高頂板穩(wěn)定性，防止頂板卸壓期間出現(xiàn)下沉、破碎現(xiàn)象，決定對(duì)8507 切巷頂板采取“交錯(cuò)疊加式JW 型鋼帶+走向錨索吊棚+架設(shè)‘井’字型木垛”聯(lián)合支護(hù)措施

3.1.1 交錯(cuò)疊加式JW 型鋼帶施工

（1）由于8507 切巷施工寬度為7.0m，巷道每掘進(jìn)1.0m 后頂板需施工兩根長短“JW”型鋼帶。其中長鋼帶長度為4.0m，寬度為0.28m，每根鋼帶上均勻布置5 個(gè)支護(hù)孔，孔間距為0.9m；短鋼帶長度為3.0m，寬度為0.28m，每根鋼帶上均勻布置4個(gè)支護(hù)孔，孔間距為0.9m。

（2）切巷全斷面施工完后依次對(duì)頂板施工兩根“JW”型鋼帶，兩根鋼帶收尾錨桿疊加布置，鋼帶上配套長度為2.5m、直徑為22mm 左旋無縱筋螺紋鋼錨桿。如圖1 所示。

（3）為了防止兩根鋼帶接頭對(duì)頂板產(chǎn)生切頂破壞，相鄰兩排鋼帶中長短鋼帶邁步式布置。鋼帶施工間距為1.2m。

3.1.2 走向錨索吊棚施工

（1）為了代替?zhèn)鹘y(tǒng)頂板單錨索支護(hù)，8507 切巷頂板施工走向錨索吊棚。每架錨索吊棚長度為3.0m，棚梁采用長度為3.0m、寬度為0.18m 槽鋼，槽鋼上焊制兩個(gè)圓孔，孔間距為2.4m。錨索采用長度為5.5m、直徑為17.8mm 鋼絞線。

（2）錨索吊棚與巷道走向平行布置，且采用“三.二.三”布置方式，即第一排布置三架錨索吊棚，棚間距為2.5m，吊棚距巷幫間距為1.0m，吊棚錨索施工在相鄰兩排鋼帶之間，錨索排距為2.4m。

（3）第一排錨索吊棚施工完后施工第二排錨索吊棚，第二排錨索吊棚共計(jì)施工兩架，錨索吊棚間距為2.5m，兩架吊棚距幫間距為2.25m。第三排錨索吊棚與第一排工藝相同，相鄰兩排錨索吊棚排距為1.2m。

3.1.3 架設(shè)“井”字型木垛

（1）為了進(jìn)一步提高切巷頂板穩(wěn)定性，切巷施工完后在巷道內(nèi)架設(shè)兩排“井”字型木垛。木垛排距為4.0m，間距為5.0m。

（2）木垛主要由長度為1.2m、寬度為0.3m 道木架設(shè)而成。在架設(shè)道木時(shí)上下兩排木垛成“井”型布置，直至木垛與頂板接觸嚴(yán)實(shí)。架設(shè)木垛時(shí)必須保證垂直頂板，且同一排木垛在一條直線上。

圖1 8507 切巷圍巖支護(hù)斷面示意圖

3.2 巷幫支護(hù)措施

（1）為了便于后期工作面回采，對(duì)切巷兩幫采用玻璃鋼錨桿、聚氨酯塑料網(wǎng)進(jìn)行聯(lián)合支護(hù)。玻璃鋼錨桿長度為2.0m，直徑為18mm，聚氨酯塑料網(wǎng)每卷長度為4.0m，寬度為2.0m。

（2）巷幫共計(jì)施工三排護(hù)幫，第一排距頂板間距為0.5m，護(hù)幫間距為1.3m，排距為1.0m，三排錨桿成“五花”交錯(cuò)式布置。所有錨桿外露端安裝一塊長度為0.4m、寬度為0.2m 玻璃鋼方墊。

4 應(yīng)用效果

8507 切巷于2019 年2 月11 日施工到位，2019年4 月27 日開始對(duì)工作面安裝設(shè)備，5 月22 日工作面設(shè)備全部安裝到位。通過2 個(gè)月切巷圍巖變形情況觀察發(fā)現(xiàn)，巷道頂板采取水力造穴卸壓后，有效降低了集中應(yīng)力對(duì)頂板承載梁破壞作用，減少了頂板裂隙發(fā)育帶。對(duì)切巷圍巖采取聯(lián)合控制措施后，防止了頂板破碎、冒落現(xiàn)象。在切巷施工后10d 內(nèi)，受頂板蠕動(dòng)變形影響，切巷頂板局部出現(xiàn)下沉現(xiàn)象，最大下沉量為0.27m，但是未破壞頂板整體連續(xù)穩(wěn)定性，保證了巷道成型效果和工作面安裝需求。