顧喜鵬， 田王健

(1.山西王家?guī)X煤業(yè)有限公司，山西 忻州 036600；2.山西煤炭運(yùn)銷(xiāo)集團(tuán)科學(xué)技術(shù)研究有限公司，山西 太原 030006)

1 概述

山西王家?guī)X煤業(yè)有限公司18105工作面膠帶順槽屬于18105工作面進(jìn)風(fēng)巷道，巷道東側(cè)為18105綜放工作面，西側(cè)是未開(kāi)采的實(shí)體煤柱，北側(cè)為井田邊界，南側(cè)是集中輔運(yùn)大巷、集中膠帶大巷和1#集中回風(fēng)大巷。18107工作面回風(fēng)順槽東鄰18105工作面膠帶順槽，與18105工作面膠帶順槽平行布置，設(shè)計(jì)區(qū)間煤柱為30 m。

18105工作面膠帶順槽凈寬5 000 mm，凈高3 500 mm，巷道沿4 #煤層底板掘進(jìn)，預(yù)計(jì)掘進(jìn)長(zhǎng)度為1 970 m。根據(jù)中國(guó)煤炭地質(zhì)總局水文地質(zhì)工程地質(zhì)環(huán)境地質(zhì)勘查院編制的《王家?guī)X礦礦井建井地質(zhì)報(bào)告》可知，4號(hào)煤頂?shù)装鍑鷰r情況：偽頂分布于本區(qū)的東南角，巖性為炭質(zhì)泥巖，厚度為0.10 m～0.20 m；直接頂為巖性為砂質(zhì)泥巖、高嶺質(zhì)泥巖、粉砂巖及泥巖，厚度為0.6 m～8.5 m；老頂為巖性主要為粗巖、含礫粗砂巖，局部為中細(xì)砂巖，厚度為2.50 m～12.75 m。

18105工作面膠帶順槽掘進(jìn)至760 m處揭露一條F7正斷層，斷層落差為1.7 m，具體參數(shù)如圖1所示。受斷層影響，在斷層前后20 m范圍內(nèi)形成應(yīng)力失穩(wěn)區(qū)，在應(yīng)力失穩(wěn)區(qū)內(nèi)巷道圍巖穩(wěn)定性差，頂板破碎嚴(yán)重且維護(hù)困難。

圖1 18105工作面膠帶順槽F7斷層剖面示意圖

2 應(yīng)力區(qū)頂板聯(lián)合控制措施應(yīng)用

王家?guī)X煤技術(shù)人員經(jīng)過(guò)對(duì)巷道的實(shí)際地質(zhì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，采用強(qiáng)行破巖的方式經(jīng)過(guò)斷層。為了確保施工人員能夠順利通過(guò)斷層，施工人員在斷層的前后15 m內(nèi)采用“注漿+施工撞楔加長(zhǎng)錨桿支護(hù)+架設(shè)‘π’型工字鋼棚”的支護(hù)工藝對(duì)破碎頂板進(jìn)行支護(hù)，如第152頁(yè)圖2所示。

圖2 18105運(yùn)輸順槽應(yīng)力區(qū)頂板聯(lián)合支護(hù)斷面示意圖(mm)

2.1 注漿支護(hù)

由于巷道斷層區(qū)域頂板壓力大，頂板煤壁的單軸抗壓強(qiáng)度已經(jīng)無(wú)法滿(mǎn)足支護(hù)要求，巷道頂板下沉情況比較嚴(yán)重，施工人員通過(guò)注漿的方式來(lái)提高破碎頂板的穩(wěn)定性[1-3]。

1) 掘進(jìn)工作面在距離斷層帶20 m處開(kāi)始對(duì)頂部破碎區(qū)域的頂板進(jìn)行打孔注漿，施工人員在每排施工4個(gè)孔，鉆孔的設(shè)計(jì)為孔徑55 mm，孔深為8 m，鉆孔與鉆孔之間的距離為1.2 m，技術(shù)人員將鉆孔的位置設(shè)計(jì)在距離頂板1 m且與水平面的夾角為30°處。

2) 施工人員使用高壓注漿泵將混合液注入鉆孔內(nèi)，混合液是由馬麗散與催化劑按照相同的比例混合而成。施工人員在給鉆孔注漿的同時(shí)要及時(shí)觀察鉆孔周?chē)拿罕?，發(fā)現(xiàn)有漿液從鉆孔內(nèi)滲出時(shí)要及時(shí)停止注漿并使用黃泥砂漿對(duì)滲漿的孔進(jìn)行封堵，注漿完成后2 h內(nèi)不得掘進(jìn)。

3) 當(dāng)注漿完成2 h后，掘進(jìn)工作面可以繼續(xù)作業(yè)，當(dāng)掘進(jìn)工作面推進(jìn)5 m后，施工人員開(kāi)始對(duì)第二排進(jìn)行鉆孔、注漿，施工工藝與第一排完全相同，但連續(xù)兩排的注漿孔在水平方向上需按照2 m進(jìn)行交錯(cuò)鉆孔。

2.2 撞楔超前加長(zhǎng)錨桿支護(hù)

巷道頂板由于破碎比較嚴(yán)重，在掘進(jìn)作業(yè)時(shí)很容易發(fā)生頂板下沉的情況，技術(shù)人員采用在掘進(jìn)巷道頂板安裝撞楔超前加長(zhǎng)錨桿支護(hù)[4]。

1) 根據(jù)18105工作面膠帶順槽的實(shí)際尺寸，該支護(hù)工藝主要是由多根直徑與長(zhǎng)度分別為22 mm、4.5 m的加長(zhǎng)錨桿組合而成。

2) 施工人員首先在巷道頂板開(kāi)一排超前支護(hù)鉆孔，鉆孔的深度與直徑分別為4 m及30 mm，鉆孔施工時(shí)要確保與巷道工作面垂直，按照設(shè)計(jì)工藝在每排要打10個(gè)鉆孔，相鄰兩個(gè)孔之間的距離為0.5 m。

3) 但所有超前支護(hù)鉆孔全部施工完畢后，施工人員要依次在每個(gè)鉆孔內(nèi)安裝3支錨固劑及鋼針對(duì)鉆孔進(jìn)行錨固。

4) 當(dāng)?shù)谝慌陪@孔施工完畢后工作人員方可繼續(xù)向前掘進(jìn)作業(yè)。掘進(jìn)工作面每掘進(jìn)1 m時(shí)，工作人員要安裝一根鋼帶對(duì)頂板進(jìn)行永久支護(hù)，鋼帶及錨桿對(duì)超前支護(hù)進(jìn)行錨固時(shí)要確保與頂板緊密貼合；掘進(jìn)工作面每掘進(jìn)3 m時(shí)，工作人員要安裝第二排撞楔超前支護(hù)。第二排與第一排要采用交錯(cuò)疊加的方式進(jìn)行布置。按照以上工藝依次進(jìn)行安裝，直至將所有的斷層區(qū)域覆蓋。

2.3 架設(shè)“π”型工字鋼棚

為了防止頂板繼續(xù)下沉，進(jìn)一步增加頂板的穩(wěn)定性，技術(shù)人員在以上工藝的基礎(chǔ)上在支護(hù)下方安裝“π”型工字鋼[5]。

1) “π”型工字鋼主要由以下部件組成：一節(jié)“π”型頂梁、四節(jié)棚腿及兩個(gè)棚腿底座。棚腿是由高強(qiáng)度鋼梁制成，并與滑槽及卡纜連接，棚腿能夠根據(jù)巷道的實(shí)際長(zhǎng)度進(jìn)行伸縮，棚腿底座是由長(zhǎng)度為300 mm的正方形鋼板焊接而成。

2) 施工人員要在安裝“π”型鋼棚巷道下方兩側(cè)進(jìn)行起底作業(yè)，起底的尺寸要根據(jù)巷道頂板的變形情況而定，完成起底作業(yè)后要將棚腿底完全埋入基礎(chǔ)坑內(nèi)，并將高強(qiáng)度的混凝土灌入坑內(nèi)。

3) 待棚腿底座安裝完畢后，施工人員在底座上安裝棚腿，棚腿與底座通過(guò)高強(qiáng)度螺栓進(jìn)行連接，同時(shí)將卡纜固定在相領(lǐng)兩根棚腿間，為了進(jìn)一步增加棚腿的穩(wěn)定性，施工人員采用卡纜在棚腿與巷幫間安裝2根錨桿。

4) 以上工藝完成后，施工人員采用卡纜將“π”型頂梁與棚腿對(duì)接。待第一架鋼棚安裝完畢后，施工人員在距離第一架鋼棚架的1 m位置安裝第二架鋼棚，當(dāng)?shù)诙茕撆锇惭b完畢后，施工人員要在兩架鋼棚的頂梁之間鋪設(shè)水泥背板，工作人員在水泥背板鋪設(shè)完畢后可以調(diào)節(jié)棚腿升降器來(lái)控制頂梁的升降。

3 應(yīng)用效果

18105工作面膠帶順槽斷層應(yīng)力區(qū)聯(lián)合支護(hù)后，通過(guò)1個(gè)月實(shí)際應(yīng)用效果觀察發(fā)現(xiàn)，取得了顯著應(yīng)用成效：

1) 對(duì)18105工作面膠帶順槽斷層區(qū)域進(jìn)行注漿支護(hù)后，巷道破碎頂板緊緊地膠結(jié)在一起，技術(shù)人員對(duì)膠結(jié)的頂板進(jìn)行巖體單軸抗壓強(qiáng)度測(cè)試，頂板的單軸抗壓強(qiáng)度大大提高。

2) 施工人員在斷層帶采用撞楔超前加長(zhǎng)錨桿的方式對(duì)破碎頂板進(jìn)行支護(hù)后，工作面在繼續(xù)推進(jìn)的過(guò)程中頂板未出現(xiàn)下沉現(xiàn)象，有效避免了掘進(jìn)工作面煤壁的片幫現(xiàn)象。

3) “π”型鋼棚能夠有效地防止頂板下沉，避免斷層帶破碎頂板對(duì)工作人員的傷害。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)對(duì)安裝“π”型鋼棚破碎頂板進(jìn)行觀察發(fā)現(xiàn)，在0 d～9 d范圍內(nèi)由于掘進(jìn)工作面繼續(xù)推進(jìn)，頂板下沉現(xiàn)象比較明顯，在9 d～15 d范圍內(nèi)頂板出現(xiàn)輕微的下沉，在15 d后頂板未出現(xiàn)下沉，整個(gè)斷層帶破碎頂板的巖體應(yīng)力重新達(dá)到平衡。

4 結(jié)語(yǔ)

王家?guī)X煤礦18105面膠帶順槽掘進(jìn)期間在過(guò)F7斷層應(yīng)力區(qū)時(shí)，采取聯(lián)合支護(hù)技術(shù)后，有效控制了斷層附近裂隙圍巖，提高了圍巖結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，在斷層應(yīng)力釋放期間有效防止了圍巖破碎、垮落事故發(fā)生，巷道掘進(jìn)速度提高至6.4 m/d，保證量巷道安全快速掘進(jìn)，具有顯著應(yīng)用成效。