趙 相

（山西潞安集團(tuán)左權(quán)五里堠煤業(yè)有限公司，山西 晉中 032600）

1 概 述

山西潞安集團(tuán)左權(quán)五里堠煤業(yè)有限公司2101膠帶順槽東為2101 工作面，西為未開采區(qū)，南為2101 工作面切眼，北為下組煤集中回風(fēng)、集中膠帶、集中輔助運(yùn)輸下山。2101 膠帶順槽設(shè)計(jì)長(zhǎng)度為1400 m，巷道掘進(jìn)煤層為15#煤層，煤層平均厚度為6.17 m，巷道為矩形斷面，斷面規(guī)格寬×高=4.5 m×3.5 m。巷道沿15#煤層底板進(jìn)行掘進(jìn)，開口位置在下組煤集中回風(fēng)下山內(nèi)南幫，距下組煤消防材料庫(kù)84 m，距2101 工作面膠帶順槽23 m。2101 工作面膠帶順槽開口及聯(lián)巷采用炮掘，2101工作面膠帶順槽（向南掘進(jìn)）采用機(jī)掘。截至目前巷道已掘進(jìn)465 m。

根據(jù)地質(zhì)探測(cè)發(fā)現(xiàn)，2101 膠帶順槽巷道東部37 m 處存在一條X4 陷落柱，陷落柱長(zhǎng)軸長(zhǎng)為61 m，短軸長(zhǎng)為27 m，長(zhǎng)軸與2101 膠帶順槽掘進(jìn)方向成19°夾角布置，陷落柱與巷道最小垂直距離為18 m。受陷落柱影響，巷道掘進(jìn)至450 m 處時(shí)巷道位于陷落柱側(cè)頂板出現(xiàn)局部破碎現(xiàn)象，隨著巷道不斷掘進(jìn)，巷道掘進(jìn)至462 m 處時(shí)頂板出現(xiàn)嚴(yán)重下沉現(xiàn)象，支護(hù)效果較差。

2 應(yīng)力區(qū)支護(hù)方案分析

為了保證2101 膠帶順槽安全快速過X4 陷落柱應(yīng)力區(qū)，提出了“架棚”“密集錨桿（索）”“注漿+錨棚”三種支護(hù)方案[1-5]進(jìn)行比選。

2.1 方案一：架棚支護(hù)

2101 膠帶順槽掘進(jìn)過程中滯后工作面5.0 m 處開始架設(shè)密集矩形工字鋼棚+頂板金屬網(wǎng)，鋼棚架設(shè)間距為0.5 m。鋼棚配合頂板金屬網(wǎng)，可有效防止頂板受應(yīng)力作用出現(xiàn)瞬間垮落、坍塌事故，但鋼棚支護(hù)屬于被動(dòng)支護(hù)，鋼棚無法產(chǎn)生控制頂板變形、下沉的主動(dòng)支撐應(yīng)力，鋼棚支護(hù)隨頂板應(yīng)力及下沉量加大所承受的圍巖擠應(yīng)力也隨之增加，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)圍巖變形、破碎、下沉現(xiàn)象進(jìn)行被動(dòng)控制作用。在鋼棚支護(hù)用于高應(yīng)力圍巖時(shí)，隨著鋼棚本身載荷應(yīng)力增加，自身變形量也隨之增加，而且大斷面、大應(yīng)力環(huán)境加劇了鋼棚變形破壞速度，最終導(dǎo)致鋼棚易出現(xiàn)支護(hù)變形、斷裂現(xiàn)象。

2.2 方案二：密集錨桿（索）支護(hù)

密集錨桿（索）支護(hù)是巷道支護(hù)后對(duì)變形、破碎區(qū)域補(bǔ)打錨桿（索）進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù)。對(duì)于穩(wěn)定圍巖或新開巷道采用錨桿（索）支護(hù)時(shí)可有效阻止圍巖裂隙變形破壞，支護(hù)體在圍巖內(nèi)產(chǎn)生組合梁（拱）作用并形成圍巖次生承載結(jié)構(gòu)，從而充分發(fā)揮圍巖承載能力。由于2101 膠帶順槽在X4 陷落柱應(yīng)力破壞作用下，頂板圍巖已產(chǎn)生破壞，巖體內(nèi)部承載結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性降低或消失，巖體裂隙高度發(fā)育，若采用密集錨桿（索）支護(hù)時(shí)，桿體錨固后預(yù)緊時(shí)裂隙阻斷了預(yù)應(yīng)力傳遞，易導(dǎo)致錨桿支護(hù)效果差，對(duì)頂板裂隙巖體失去約束作用，在應(yīng)力作用下巖體從表面向深部產(chǎn)生嚴(yán)重裂隙擴(kuò)容破壞，錨桿（索）支護(hù)無法得到有效控制作用。

2.3 “注漿+錨棚”聯(lián)合支護(hù)技術(shù)

經(jīng)上分析，前兩種方案不能有效對(duì)陷落柱影響區(qū)的圍巖進(jìn)行有效支護(hù)，經(jīng)研究決定采取“注漿+錨棚”支護(hù)方式，主要是對(duì)頂板裂隙巖體進(jìn)行注漿，對(duì)破碎巖體進(jìn)行重組，然后采用錨索鋼棚進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù)，從而起到提高頂板穩(wěn)定性的目的。

2.3.1 注漿加固

（1）注漿加固目的：通過對(duì)應(yīng)力區(qū)巖體擴(kuò)張裂隙高壓注入注漿材料，對(duì)裂隙帶進(jìn)行充分填充、粘接，減少裂隙帶數(shù)量，降低裂隙擴(kuò)張破壞作用，對(duì)破碎圍巖進(jìn)行粘接重組，形成穩(wěn)定的連續(xù)體，從而提高頂板整體穩(wěn)定性。

（2）采用ZQS-65/2.5 防突鉆機(jī)對(duì)頂板施工一排斜角鉆孔，每排3 個(gè)，鉆孔深度為4.0 m，鉆孔間距為1.5 m，鉆孔與頂板夾角為60°，鉆孔排距為5.0 m。

（3）注漿鉆孔施工完后，在鉆孔內(nèi)埋入注漿軟管，孔口處安裝一個(gè)封孔器，將注漿軟管與ZBYSB66/13-7.5型雙液注漿泵連接進(jìn)行高壓注漿。

（4）注漿材料采用FSS 無機(jī)化學(xué)加固材料，該材料主要由A、B 兩種成分組成，凝固后生成高強(qiáng)度聚合體，具有粘接性強(qiáng)、流動(dòng)性好等優(yōu)點(diǎn)。注漿施工過程中應(yīng)合理控制注漿壓力，在1.0～1.5 MPa范圍內(nèi)，注漿3 h 后方可繼續(xù)進(jìn)行下一步掘進(jìn)支護(hù)工作。

2.3.2 錨棚支護(hù)

（1）錨棚支護(hù)作用：主要采用鋼棚與錨桿（索）聯(lián)合對(duì)頂板進(jìn)行支護(hù)。在頂板應(yīng)力較小時(shí)，錨桿（索）支護(hù)對(duì)頂板圍巖變形、破碎進(jìn)行有效控制；當(dāng)頂板出現(xiàn)大應(yīng)力變形時(shí)，鋼棚對(duì)圍巖產(chǎn)生被動(dòng)支撐作用，控制和降低巖體裂隙擴(kuò)張破壞，實(shí)現(xiàn)應(yīng)力區(qū)圍巖主動(dòng)、被動(dòng)同步聯(lián)合支護(hù)的目的。

（2）鋼棚支護(hù)結(jié)構(gòu)：每架鋼棚支護(hù)主要由梯形棚（可調(diào)角度）、三根恒阻錨索組成。梯形棚主要由頂梁、棚腿、底座組成，頂梁長(zhǎng)度為4.2 m，寬度為0.15 m，頂梁上方均勻焊制三個(gè)錨索支護(hù)孔，孔間距為1.5 m，在頂梁端頭焊制兩個(gè)長(zhǎng)度為0.3 m、寬度為0.08 mm 活動(dòng)孔；恒阻錨索長(zhǎng)度為6.0 m，直徑為21.8 mm。

（3）支護(hù)工藝：① 首先采用MT-130 型鉆機(jī)對(duì)巷道頂板施工一排錨索支護(hù)鉆孔，并對(duì)鉆孔錨注恒阻錨索；② 對(duì)錨索外露端安裝一根梯形棚頂梁，并采用鎖具進(jìn)行預(yù)緊，頂梁在安裝時(shí)保證頂梁與巷道中心線垂直；③ 頂梁安裝后將兩根棚腿與頂梁活動(dòng)孔對(duì)接，棚腿安裝后保證棚腿與頂梁成75°夾角，鋼棚架設(shè)排距為2.0 m，如圖1。

2.3.3 實(shí)際應(yīng)用效果分析

2101 膠帶順槽從465 m 處開始對(duì)應(yīng)力區(qū)頂板采取“注漿+錨棚”聯(lián)合支護(hù)，至2019 年3 月已完全過X4 陷落柱應(yīng)力區(qū)。通過1 個(gè)月實(shí)際應(yīng)用效果觀察發(fā)現(xiàn)，支護(hù)后0～9 d 范圍內(nèi)由于頂板重新組合，頂板出現(xiàn)局部蠕動(dòng)變形現(xiàn)象，頂板下沉量0.22 m，但是頂板在下沉過程中未出現(xiàn)斷裂破碎現(xiàn)象，仍然較為完整。在頂板下沉過程中錨索對(duì)頂板起到懸吊支撐作用，頂板下沉后鋼棚對(duì)頂板產(chǎn)生一個(gè)被動(dòng)支撐作用力，阻止頂板進(jìn)一步下沉，在9～22 d 頂板下沉量逐漸減小，在22 d 后頂板趨于穩(wěn)定。

3 結(jié)束語

針對(duì)2101 膠帶順槽應(yīng)力區(qū)段頂板下沉、破碎現(xiàn)象，提出了“注漿+錨棚”聯(lián)合支護(hù)技術(shù)。采取聯(lián)合支護(hù)技術(shù)后有效提高了破碎頂板的穩(wěn)定性，控制了頂板變形量，保證了安全生產(chǎn)。