郭 忍

（汾西礦業(yè)集團(tuán)高陽(yáng)煤礦， 山西 孝義 032300）

引言

隨著煤炭采掘技術(shù)及綜合機(jī)械化設(shè)備應(yīng)用推廣，井工礦井煤炭開采速度及產(chǎn)量等不斷提升[1-2]。為滿足煤炭開采時(shí)瓦斯稀釋、通風(fēng)、行人及物料運(yùn)輸?shù)刃枰禄夭上锏罃嗝娉试黾于厔?shì)[3-4]。大斷面巷道給圍巖控制特別是頂板支護(hù)帶來(lái)新的挑戰(zhàn)，特別是圍巖破碎時(shí)頂板容易出現(xiàn)冒落問(wèn)題，給巷道使用安全帶來(lái)較大威脅[5-6]。

1 工程概況

1001 巷設(shè)計(jì)長(zhǎng)度1 806 m，位于一采區(qū)右翼，主要用于采區(qū)煤炭運(yùn)輸及通風(fēng)等，巷道鄰近采區(qū)邊界，西側(cè)為101021 巷。巷道上覆為已回采完畢的9 號(hào)煤層9-105 采空區(qū)，層間距9.8 m，影響巷道長(zhǎng)度345 m。

1001 巷沿著10 號(hào)煤層底板掘進(jìn)，煤厚2.85 m、傾角5°，煤層結(jié)構(gòu)復(fù)雜，中間含有厚度在0.5 m 以內(nèi)的炭質(zhì)泥巖。10 號(hào)煤層直接頂、基本頂分別為厚度3.3 m 泥巖、4.98 m 灰?guī)r；直接底為厚度4.96 m 粉砂巖。1001 巷沿著10 號(hào)煤層底板掘進(jìn)，巷道凈寬4.8 m、凈高3.1 m，采用EBZ160 綜掘機(jī)破煤，錨網(wǎng)索支護(hù)圍巖。1001 巷在掘進(jìn)至9 號(hào)煤層9-105 采空區(qū)下方時(shí)頂板破碎、冒落風(fēng)險(xiǎn)顯著增加，圍巖控制困難，巷道掘進(jìn)進(jìn)尺由平均8.5 m/d 降至3.9 m/d。為此，需要針對(duì)1001 巷頂板破碎及斷面大特點(diǎn)，采取針對(duì)性支護(hù)措施實(shí)現(xiàn)圍巖有效控制。

2 掘進(jìn)至頂板破碎區(qū)圍巖控制難點(diǎn)

2.1 頂板穩(wěn)定性差

1001 巷頂板巖性以泥巖及砂巖為主，巖體呈層狀結(jié)構(gòu)分布、層理發(fā)育，同時(shí)直接頂硬度普遍在2.5以內(nèi)，直接頂巖層不穩(wěn)定性及承載能力差。1001 巷在掘進(jìn)至9 號(hào)煤層9-105 采空區(qū)下方時(shí)，頂板巖層破碎程度增加同時(shí)支護(hù)采用的錨網(wǎng)索沒有可靠的錨固點(diǎn)，頂板出現(xiàn)一定離層情況，加之1001 巷寬度達(dá)到4.8 m，頂板極易出現(xiàn)冒落問(wèn)題。

2.2 圍巖支護(hù)強(qiáng)度低

1001 巷圍巖支護(hù)時(shí)采用的錨桿長(zhǎng)度為2.0 m，錨桿錨固端位于頂板不穩(wěn)定巖層中，隨著巷道圍巖松動(dòng)圈范圍增加，錨桿失效問(wèn)題突出，無(wú)法起到預(yù)期的圍巖控制目的。頂板錨索錨桿端雖然位于穩(wěn)定巖層內(nèi)，但是由于錨索數(shù)量少、間排距大，無(wú)法對(duì)局部位置頂板冒落進(jìn)行有效控制。

2.3 施工擾動(dòng)

巷道頂板支護(hù)時(shí)采用風(fēng)動(dòng)鉆機(jī)（MT-130）施工錨桿、錨索鉆孔，鉆孔施工過(guò)程中在風(fēng)壓作用下頂板巖層裂隙會(huì)進(jìn)一步擴(kuò)展；同時(shí)頂板布置的錨桿數(shù)量較多，錨桿及錨索鉆孔施工會(huì)進(jìn)一步增加頂板破碎程度。

3 大斷面巷道破碎頂板支護(hù)技術(shù)

為提高大斷面巷道破碎頂板圍巖穩(wěn)定性，提出采用主動(dòng)支護(hù)、被動(dòng)支柱相結(jié)合方式，即注漿錨桿、架棚相結(jié)合方式對(duì)頂板進(jìn)行控制。

3.1 注漿錨桿施工

通過(guò)中空錨桿向頂板破碎巖體裂隙中注漿，可在提高頂板巖層穩(wěn)定性及承載能力的同時(shí)降低頂板錨桿施工數(shù)量，從而降低錨桿施工給頂板巖層帶來(lái)的穩(wěn)定性。注漿錨桿施工使用的設(shè)備包括中空錨桿（Φ25 mm×3 500 mm）、注漿軟管、封孔器、注漿泵（2ZBQ），具體注漿錨桿結(jié)構(gòu)如下頁(yè)圖1 所示。

圖1 注漿錨桿布置示意圖

具體注漿錨桿施工工藝如下：

1）采用MT-120 鉆機(jī)施工孔徑為30 mm、孔深為3200mm鉆孔，鉆孔間排距分別為1000mm、1500mm。

2）錨桿鉆孔施工完畢后，向孔底內(nèi)裝填一支MSC2335、一支MSK2360 錨固劑，確保錨桿錨固長(zhǎng)度在900 mm 以上。

3）錨桿安裝完畢后在距離孔口300 mm 以上位置安裝封孔器進(jìn)行封堵，并將注漿軟管埋入鉆桿內(nèi)，注漿軟管與氣動(dòng)注漿泵連接，向錨桿內(nèi)注入聚氨酯，注漿壓力設(shè)計(jì)為0.8 MPa。注漿錨桿施工完成后無(wú)須再采用錨索對(duì)頂板進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)。

3.2 鋼棚支護(hù)

為降低應(yīng)力對(duì)頂板穩(wěn)定性影響并進(jìn)一步提高巖層支護(hù)強(qiáng)度，注漿錨桿施工完成后在巷道內(nèi)使用π型鋼棚支護(hù)頂板。π 型主要由工字鋼（11 號(hào)）焊接制作而成，一架π 型鋼棚包括2 個(gè)棚腿、1 個(gè)頂梁及卡纜、連接桿、底座等。1 個(gè)棚腿由2 根1.6 m 工字鋼組成、頂梁長(zhǎng)4 800 mm 工字鋼。

鋼棚滯后掘進(jìn)迎頭5 m，棚間距設(shè)計(jì)為1 500 mm。在鋼棚架設(shè)前先清理頂板活矸、底板浮煤，確保安裝地面圍巖穩(wěn)定。在鋼棚安裝完畢后，在鄰近的2 架鋼棚頂梁間布置金屬托盤，使用4 根連接桿連接棚腿。具體鋼棚布置如圖2 所示。在巷道掘進(jìn)過(guò)頂板破碎帶期間，為確保架棚與破碎頂板密切接觸，在兩個(gè)鄰近鋼棚間采用水泥背板充填；當(dāng)鋼棚與破碎頂板間隙較大且采用水泥背板充填效果不佳時(shí)，可向孔隙間注射膨脹劑提高接觸效果。

圖2 鋼棚布置示意圖

4 結(jié)語(yǔ)

1001 巷巷道寬度為4.8 m、巷高3.2 m，巷道斷面較大，巷道在掘進(jìn)過(guò)頂板破碎帶期間面臨頂板冒落、圍巖控制困難及支護(hù)體系失效等問(wèn)題。為此，提出采用注漿錨桿+鋼棚方式對(duì)大斷面破碎頂板巷道圍巖進(jìn)行控制。在巷道頂板施工注漿錨桿后，頂板錨桿數(shù)量減少同時(shí)通過(guò)注漿可提高巖層承載能力及穩(wěn)定性，在一定程度上減少了頂板錨桿施工耗時(shí)。采用鋼棚可進(jìn)一步增強(qiáng)頂板巖層支護(hù)強(qiáng)度，減少頂板下沉量。

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用后，巷道掘進(jìn)過(guò)頂板破碎帶期間掘進(jìn)速度保持在5.6 m/d，同時(shí)采用注漿錨桿、鋼棚后頂板不需要再施工錨索實(shí)現(xiàn)圍巖控制?，F(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)期間巷道頂板最大下沉量控制在130 mm 以內(nèi)，掘進(jìn)過(guò)頂板破碎帶期間未出現(xiàn)頂板冒落、鋼棚變形等情況，取得顯著應(yīng)用成果。