王海波

（晉能控股煤業(yè)集團(tuán)雁崖煤業(yè)大同有限公司，山西 大同 037031）

1 概述

晉能控股煤業(yè)集團(tuán)雁崖煤業(yè)大同有限公司8310工作面位于塔山三盤區(qū)東翼，工作面沿石炭系3#與5#合并煤層底板布置。工作面沿南北走向布置，北部為井田邊界，南部為塔山三盤區(qū)輔助運(yùn)輸巷，順槽兩側(cè)為實(shí)煤區(qū)。8310 工作面走向長度為2680 m，傾向長度為280 m，工作面掘進(jìn)的煤層平均厚度為11.2 m，平均傾角為4°。煤層頂?shù)装鍘r性見表1。

表1 8310 工作面3#～5#煤層頂?shù)装鍘r性表

8310 頂板高抽巷是為抽放三盤區(qū)8310 工作面在開采層頂部處于采動影響裂隙帶內(nèi)瓦斯的巷道，巷道布置在3#～5#煤層頂部，設(shè)計(jì)總長2712 m，矩形斷面：寬×高=4.2 m×3.1 m。

2 高抽巷穿層掘進(jìn)工藝及現(xiàn)狀

2.1 掘進(jìn)工藝及現(xiàn)狀

8310 高抽巷采用綜合機(jī)械化掘進(jìn)工藝，施工巷道從輔助運(yùn)輸巷以5°仰角上山掘進(jìn)40 m 后，進(jìn)入三盤區(qū)皮帶巷頂板，兩巷層間距為2.5 m，掘進(jìn)40 m 且過三盤區(qū)回風(fēng)巷頂板后繼續(xù)以5°仰角上山掘進(jìn)，直至進(jìn)入3#～5#煤層頂板后平行掘進(jìn)。截至2021 年3 月24 日8310 高抽巷已掘進(jìn)95 m。

8310高抽巷在前80 m掘進(jìn)期間圍巖相對穩(wěn)定，當(dāng)巷道掘進(jìn)至85 m 處時(shí)工作面迎頭與巷道開口位置落差為6.2 m，此時(shí)巷道圍巖出現(xiàn)破碎現(xiàn)象，主要集中在頂板中部斷裂破碎、兩幫與頂板之間三角煤柱垮落等。巷道掘進(jìn)至92 m 處時(shí)出現(xiàn)冒漏現(xiàn)象，頂板最大冒漏高度1.5 m，寬度3.2 m，原頂板支護(hù)失效現(xiàn)象嚴(yán)重。

2.2 支護(hù)工藝

8310 高抽巷頂板初步支護(hù)設(shè)計(jì)采用錨桿（索）+W 型鋼帶進(jìn)行聯(lián)合支護(hù)。錨桿為長度2.5 m、直徑22 mm 的無筋螺紋鋼，每排布置5 根，采用端頭錨固方式，錨固長度為0.6 m，采用一支MSK23/60型錨固劑，錨桿間排距為1.0 m；頂板采用一根長度為4.0 m、寬度為0.25 m、厚度為4 mm 的W 型鋼帶與同一排錨桿配套使用。

頂板錨索采用長度為6.5 m、直徑為21.8 mm的9 股預(yù)應(yīng)力鋼絞線，頂板每排布置3 根，錨索采用端頭錨固方式，錨固長度為1.55 m，采用兩支MSK23/60 型和一支MSKC23/35 型錨固劑錨固，錨索布置間距×排距=3.0 m×1.5 m。

2.3 巷道圍巖破壞機(jī)理

由于8310 高抽巷掘進(jìn)煤層為石炭系3#與5#合并煤層，煤層節(jié)理及裂隙發(fā)育，煤體抗壓及承載強(qiáng)度低。通過單軸抗壓試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，3#～5#煤層平均單軸抗壓強(qiáng)度不足17 MPa，而8310 高抽巷采用穿層施工工藝，在穿層施工過程中破壞了煤層層狀結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致煤體破碎嚴(yán)重。

8310 高抽巷在掘進(jìn)過程中主要采用傳統(tǒng)的錨桿（索）支護(hù)，當(dāng)巷道圍巖破碎并形成圍巖裂隙“松動圈”，松動圈范圍隨應(yīng)力作用范圍不斷擴(kuò)大，導(dǎo)致錨桿（索）支護(hù)時(shí)錨固端失效嚴(yán)重，錨桿預(yù)應(yīng)力無法有效傳遞至錨固段穩(wěn)定巖體內(nèi)，大大削弱了錨桿（索）懸吊支護(hù)作用及組合梁（拱）作用。

3 穿層施工聯(lián)合支護(hù)技術(shù)

為了保證8310 高抽巷安全快速掘進(jìn)，解決穿層施工時(shí)錨桿（索）支護(hù)主要存在的技術(shù)難題，決定對穿層施工期間支護(hù)進(jìn)行合理優(yōu)化，在原頂板支護(hù)不變的情況下提出了“超前管棚注漿+桁架錨索+JW 型錨棚”聯(lián)合加強(qiáng)支護(hù)設(shè)計(jì)[1-5]。

3.1 超前管棚注漿支護(hù)

（1）支護(hù)原理：巷道在上山掘進(jìn)前對工作面迎頭設(shè)計(jì)頂板位置施工一排超前注漿管棚，然后對鋼管進(jìn)行注漿使注漿液超前滲透至不穩(wěn)定圍巖裂隙內(nèi)，注漿過程中可將注漿鋼管與煤壁巖體充分粘接，從而實(shí)現(xiàn)了對工作面前方應(yīng)力區(qū)巖體超前注漿加固，實(shí)現(xiàn)超前支護(hù)。

（2）支護(hù)材料：注漿鋼管長度為3.5 m，直徑為40 mm，為無縫中空鋼管，中部孔直徑為20 mm，光管外端頭為絲扣結(jié)構(gòu)，絲扣長度為0.2 m，底端為削尖狀便于插入巖體，在鋼管四周焊制三排注漿射孔，孔直徑為12 mm，每排布置9 個(gè)，孔間距為0.5 m；采用ZBQ15/9 型氣動注漿泵進(jìn)行注漿施工，注漿壓力為5.0 MPa，注漿量為15 L/min；注漿液采用配比為1:1的馬麗散與催化劑復(fù)合材料。

（3）支護(hù)工序：① 首先采用手持式鉆機(jī)在8310 高抽巷迎頭施工一排超前支護(hù)鉆孔，巷道迎頭施工9 個(gè)超前管棚注漿鉆孔（鉆孔編號為1#、2#……9#），鉆孔深度3.2 m，直徑45 mm，鉆孔開孔位置位于設(shè)計(jì)頂板上并以5°仰角布置；② 超前支護(hù)孔施工完后，將超前注漿鋼管插入鉆孔內(nèi)，然后在兩幫及中部鋼管內(nèi)插入直徑為16 mm 注漿軟管，在鋼管口處采用止?jié){塞進(jìn)行封堵；③ 將注漿軟管與注漿泵連接進(jìn)行注漿施工，注漿壓力為3.5～5.0 MPa 范圍內(nèi)，單孔注漿量為150 L。

3.2 桁架錨索支護(hù)

（1）桁架錨索支護(hù)原理：傳統(tǒng)錨桿（索）支護(hù)時(shí)，支護(hù)體主要利用錨固劑進(jìn)行錨固，然后對桿體施加預(yù)應(yīng)力，預(yù)應(yīng)力通過桿體傳送至深部穩(wěn)定圍巖內(nèi)，形成穩(wěn)定的應(yīng)力梁結(jié)構(gòu)。但是當(dāng)圍巖存在外界應(yīng)力且對圍巖產(chǎn)生持續(xù)破壞作用時(shí)，傳統(tǒng)錨桿（索）支護(hù)無法消除或削弱外界應(yīng)力作用，從而導(dǎo)致錨桿（索）支護(hù)“疲勞”現(xiàn)象，降低了支護(hù)效果。桁架錨索支護(hù)在原錨桿（索）支護(hù)作用的前提下，通過改變錨索支護(hù)角度，并對錨索施加水平應(yīng)力，使錨索對鉆孔壁產(chǎn)生斜角向上的作用分力，兩分力垂直向上，從而有效削弱外界應(yīng)力破壞作用，如圖1。

（2）支護(hù)工序：① 8310 高抽巷上山掘進(jìn)期間，頂板安裝的桁架錨索支護(hù)主要由桁架拉桿、張拉器以及預(yù)應(yīng)力錨索組成。桁架拉桿共計(jì)兩根，每根長度為1.2 m，張拉器最大張拉應(yīng)力為400 kN，預(yù)應(yīng)力錨索長度為4.3 m，直徑為17.8 mm；② 桁架錨索施工在相鄰兩根鋼帶之間頂板上，支護(hù)排距為2.0 m，首先在頂板施工兩個(gè)錨索支護(hù)斜孔，鉆孔與頂板斜角為75°，錨索間距為2.0 m，錨索施工完后對錨索進(jìn)行錨注；③ 預(yù)應(yīng)力錨索錨注后，在錨索外露端安裝桁架拉桿，并采用張拉器對拉桿施加水平拉應(yīng)力，確保錨索對鉆孔壁產(chǎn)生足夠的斜角作用分力。

3.3 JW 型錨棚支護(hù)

（1）JW 型錨棚由一根長3.6 m、寬0.34 m 的JW 型鋼梁和三根長8.5 m、直徑21.8 mm 恒阻錨索組成，JW 型鋼梁橫截面成“JW”型，鋼梁厚度為5.5 mm，最大承載強(qiáng)度為760 MPa。

（2）每根JW 型鋼梁與三根預(yù)應(yīng)力錨索聯(lián)合支護(hù)作用，錨索布置間距為1.5 m，相鄰兩節(jié)JW 型錨棚布置排距為2.0 m，且與桁架錨索支護(hù)交錯(cuò)布置，如圖1。

圖1 8310 高抽巷穿層施工頂板支護(hù)示意圖（mm）

4 結(jié)語

截至2021 年4 月8310 高抽巷已掘進(jìn)194 m，巷道穿層施工已到位，通過對巷道穿層施工期間的頂板采取“超前管棚注漿+桁架錨索+JW 型錨棚”聯(lián)合支護(hù)技術(shù)，巷道在掘進(jìn)過程中未出現(xiàn)頂板冒漏，有效控制了頂板下沉，實(shí)測頂板下沉量控制在0.14 m 以下，兩幫未出現(xiàn)大面積破碎、垮落現(xiàn)象，兩幫收斂量控制在0.26 m 以下，巷道后期掘進(jìn)速度提高至6.2 m/d，取得了顯著應(yīng)用成效。