段 宇

（山西晉能控股煤業(yè)集團(tuán)沁秀公司岳城煤礦，山西 晉城 048006）

引言

岳城煤礦15號煤頂板為K2石灰?guī)r，其深灰色、致密堅硬、平均厚度約為9.2 m。巷道掘進(jìn)過程中發(fā)現(xiàn)，頂板支護(hù)范圍內(nèi)經(jīng)常出現(xiàn)軟巖夾層，且夾層厚度及層位變化較大。由于軟巖夾層強度較低，受動壓影響后整個支護(hù)系統(tǒng)首先從該位置發(fā)生破壞，給頂板支護(hù)帶來很大困難。一旦軟巖夾層交界面位置的應(yīng)力環(huán)境發(fā)生變化，軟巖夾層及其下部巖層必然在圍巖應(yīng)力作用下與上覆巖層發(fā)生脫離，即在強度較低的結(jié)構(gòu)面位置發(fā)生不連續(xù)的擴(kuò)容變形，使得頂板的完整性開始破壞。一旦離層破壞發(fā)展超過錨桿錨固區(qū)之外，頂板必然發(fā)生離層垮冒[1]。

1 現(xiàn)場概況

XV1301工作面為岳城煤礦15號煤首采面。工作面標(biāo)高571.3～589.1m，蓋山厚度為429.0～437.0m，平均271.1 m。巷道沿15號煤層頂板破巖底掘進(jìn)。東為未采區(qū)，西為XV1303工作面（正在布置）和XV1304工作面，北為即將布置的XV1311工作面，南為盤區(qū)皮帶巷、軌道巷、回風(fēng)巷（均已掘）。結(jié)合礦方地質(zhì)資料，15號煤層厚度為1.60～2.50 m，平均厚度1.94 m，黑色，半金屬光澤，以亮煤為主，含一層0.20 m較穩(wěn)定泥巖夾矸。煤層傾角為0°～11°，平均3°。工作面順槽巷道掘進(jìn)至450 m左右時，巷道頂板出現(xiàn)離層現(xiàn)象，形成不同大小的“網(wǎng)包”，經(jīng)錨索補強后無明顯效果，因此有必要對頂板離層原因進(jìn)行探究，針對性地提出支護(hù)方案，保證巷道安全掘進(jìn)。

2 原因分析

15號煤頂板巖性主要為K2石灰?guī)r、泥巖夾層和方解石，層理和節(jié)理裂隙廣泛發(fā)育，泥巖夾層厚度50～200 mm。巷道頂板巖石力學(xué)特性差異較大，K2石灰?guī)r單軸抗壓強度最高值達(dá)125 MPa，最低值為51 MPa，強度較低巖層主要分布在0～1 m、2～3 m?；夭晒ぷ髅骓敯寰植繋r層存在裂隙水，其會通過頂板裂隙導(dǎo)入巷道中，使頂板巖層發(fā)生軟化；在所有巖層中，泥巖夾層的單軸抗壓強度受巖石軟化的影響程度很大，頂板圍巖整體呈現(xiàn)出“軟-硬-軟”特性且復(fù)合巖層壓應(yīng)力不連續(xù)性更加明顯[2]。

3 支護(hù)方案

針對上述頂板存在軟巖夾層特性，針對性地制訂錨網(wǎng)梁聯(lián)合支護(hù)方案[3]。巷道斷面設(shè)計掘進(jìn)寬度為4.5 m、高度2.6 m，具體支護(hù)設(shè)計如下：

頂板采用MSGLW400的20號左旋無縱筋螺紋鋼筋，長度2 000 mm，每排4根，排距1 500 mm，間距1 300 mm。所有錨桿均垂直頂板打設(shè)，200 N·m≤錨桿預(yù)緊扭矩≤400 N·m，配合M22×2.5高強錨桿螺母、調(diào)心球墊和尼龍墊圈；鋼筋托梁規(guī)格Φ16 mm×80 mm×4 000 mm，采用LW10/50-1.6×4.3的10號鍍鋅鋼絲金屬菱形網(wǎng)護(hù)頂，網(wǎng)間搭接長度不少于100 mm。加強支護(hù)采用Φ17.8 mm、長度5 300 mm，17結(jié)構(gòu)錨索，每4排錨桿打1根錨索，排距6000 mm，垂直頂板巖層打設(shè)，如下頁圖1所示。

圖1 頂板支護(hù)示意圖（單位：mm）

幫部支護(hù)與頂板支護(hù)所用材料基本相同，支護(hù)方式方面，錨桿每幫每排2根，排距1 500 mm，間距1 500 mm，起錨高度700 mm。所有錨桿均垂直巷幫打設(shè)，靠近頂板的幫錨桿允許有10°的偏差，鋼筋托梁規(guī)格為Φ16 mm×80 mm×1 600 mm，當(dāng)巷幫煤體完整時，可不掛網(wǎng)。當(dāng)幫補片幫時采用型號為HB-PP-30-30MS雙向拉伸塑料護(hù)幫網(wǎng)進(jìn)行護(hù)幫，如下頁圖2所示。

圖2 幫補支護(hù)示意圖（單位：mm）

4 效果檢驗

本方案于2018年9月在一五三盤區(qū)XV1301巷進(jìn)行了效果試驗，試驗段為100～1 100 m，長度為1 000 m。在巷道700 m處布置測站，采用十字布點法在巷道頂?shù)装鍑鷰r變化與時間、空間關(guān)系進(jìn)行監(jiān)測，監(jiān)測結(jié)果如圖3所示。由圖3可知，XV 1301巷700 m處測站巷道頂?shù)滓平孔畲鬄?01 mm，為巷道初始高度的3.5%，其中頂板下沉6 mm、底鼓量95 mm，巷道兩幫移近量最大為128 mm，為初始巷道兩幫寬度的2.9%，符合設(shè)計要求。

圖3 巷道圍巖變化監(jiān)測曲線

5 結(jié)論

巷道改變支護(hù)設(shè)計后，巷道頂?shù)鬃畲笠平繛?01 mm，兩幫移近量最大為128 mm，巷道圍巖保持了很好的完整性，提供的支護(hù)參數(shù)能滿足生產(chǎn)和安全要求。通過對頂板動態(tài)的判定，選取對應(yīng)的支護(hù)方案，有效避免了支護(hù)過?，F(xiàn)象，提高了掘進(jìn)效率，節(jié)約了材料成本，達(dá)到了降本增效的目的。