冉 斌

（霍州煤電晉北煤業(yè)公司， 山西 忻州 035100）

引言

為了保證煤礦開(kāi)采效率，應(yīng)當(dāng)保證回采巷道的質(zhì)量，但是由于巷道的實(shí)際環(huán)境所限，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)斷層或者破碎等現(xiàn)象。尤其是部分挖掘區(qū)域，巖層不僅強(qiáng)度低，而且間隙較大，因此容易出現(xiàn)垮塌以及滲透等事故，不僅如此，由于巖層的特性，使得其維護(hù)起來(lái)較為困難，不僅影響了巷道的正常工作，也給施工人員的安全造成了威脅，不利于施工成本的控制?；糁菝弘娂瘓F(tuán)某礦31 采區(qū)2 號(hào)回風(fēng)巷道在施工過(guò)程中需要經(jīng)過(guò)F2 斷層破碎帶，因此巷道當(dāng)前存在頂部跨度較大、片幫嚴(yán)重以及變形量較大等現(xiàn)象，使得巷道難以正常使用。根據(jù)理論基礎(chǔ)，結(jié)合該工程的實(shí)際情況，擬定使用超前管棚支護(hù)+噴射混凝土得方式進(jìn)行臨時(shí)支護(hù)，保證短期的使用性能，使用錨桿+錨索+金屬網(wǎng)+π 型鋼梁進(jìn)行長(zhǎng)期支護(hù)，保證巷道的跨度等參數(shù)能夠在較長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)處于標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，保證了開(kāi)采工作的順利進(jìn)行。

1 某礦31 采區(qū)2 號(hào)回風(fēng)巷概述

31 采區(qū)2 號(hào)回風(fēng)巷開(kāi)口位置位于31 采區(qū)2 號(hào)回風(fēng)巷出煤聯(lián)巷口向北109 m（正中）處的巷道西幫。這一巷道作用范圍為31 區(qū)。

該巷道穿過(guò)區(qū)域的煤層厚度十分穩(wěn)定。斷層大約在巷道240 m 后產(chǎn)生影響。整個(gè)巷道橫截面呈矩形，毛斷面寬5.2 m、高3.5 m，凈斷面寬5 m、高3.5 m，巷道總長(zhǎng)度為534 m。巷道的開(kāi)口處采用人工開(kāi)口的方式，開(kāi)口超過(guò)15 m 后，使用機(jī)器繼續(xù)進(jìn)行深入挖掘。

2 原巷道支護(hù)方案

當(dāng)前巷道前240 m 采用臨時(shí)支護(hù)+永久支護(hù)的方式進(jìn)行支護(hù)。

1）臨時(shí)支護(hù)為管式前探梁臨時(shí)支護(hù)。臨時(shí)支護(hù)管采用鋼管以及放片幫機(jī)構(gòu)配合的形式，逼幫板同放片幫裝置采用掛鉤相配合，保證安裝的穩(wěn)定性。具體措施為，巷道橫向采用鋼卡將逼幫板掛在頂板錨桿之上，并且增加一塊護(hù)頂板，護(hù)頂板隨著巷道的挖掘而前行，起到輔助支護(hù)的作用，護(hù)頂板應(yīng)當(dāng)采用鉸接的形式提高其可靠性。

2）永久支護(hù)采用金屬網(wǎng)+錨桿+錨索+鋼筋托梁聯(lián)合支護(hù)。錨桿主要負(fù)責(zé)頂板的支護(hù)，規(guī)格為長(zhǎng)2 400 mm、直徑22 mm，固定位置為端頭處，固定要求錨桿與頂板呈90°，兩側(cè)錨桿與頂板呈80°。6 根錨桿為一組，相鄰錨桿之間的間距為900 mm，整排錨桿的距離為1 000 mm。鋼筋托梁采用焊接的方式完成，焊接的結(jié)構(gòu)寬80 mm、長(zhǎng)4 800 mm。防護(hù)網(wǎng)采用10 號(hào)鐵絲作為材料，網(wǎng)孔大小50 mm×50 mm，網(wǎng)片尺寸5 400 mm×1 100 mm，重合區(qū)域?yàn)?00 mm，頂幫之間采用14 號(hào)鉛絲雙絲雙扣的形式進(jìn)行連接，保證互相之間連接的準(zhǔn)確性。錨索直徑21.8 mm、長(zhǎng)7 300 mm，采用端頭進(jìn)行固定，整排的長(zhǎng)度為1 000 mm，包含14個(gè)錨索，結(jié)構(gòu)為2-3-2-3-2。具體布置方式如下：第一排前3 根分別打在巷道左右?guī)? m 處以及中間位置，第二排前兩跟則分別向后順延0.5 m，保證連接的可靠性以及支護(hù)的穩(wěn)定性[1]。

巷幫支護(hù)采用的錨桿長(zhǎng)2 000 mm、直徑20 mm，整排錨桿的長(zhǎng)度為1 000 mm，每排錨桿共計(jì)4 根。錨桿同巷幫之間的夾角為90°，兩端的錨桿同幫部夾角為80°。鋼筋托梁焊接而成，寬80 mm、長(zhǎng)3 300 mm。防護(hù)網(wǎng)采用的材料以及網(wǎng)孔尺寸同頂板支護(hù)一致，網(wǎng)片的規(guī)格根據(jù)實(shí)際需求調(diào)整為3 200 mm×1100 mm，連接方式不發(fā)生變化。

具體支護(hù)方案如下頁(yè)圖1 所示。

圖1 31 采區(qū)2 號(hào)回風(fēng)巷掘進(jìn)過(guò)程中的原支護(hù)方案（單位：mm）

當(dāng)前這類(lèi)支護(hù)方式對(duì)于前部的支撐效果較好，但是無(wú)法滿(mǎn)足斷層區(qū)域的支護(hù)要求，當(dāng)前斷層區(qū)域采用此種支護(hù)方式，每層片幫十分嚴(yán)重，頂板跨度較大，施工安全難以得到保障，臨時(shí)支護(hù)的要求也無(wú)法滿(mǎn)足。為了分析變形的原因，采用檢測(cè)的方式對(duì)于巷道的情況進(jìn)行檢測(cè)，根據(jù)檢測(cè)結(jié)果不難看出，當(dāng)前的支護(hù)方式造成頂板和兩幫的位移量超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)值，因此需要設(shè)定新的方案保障巷道的支護(hù)效果，能夠用于斷層的支護(hù)[2]。

3 斷層破碎區(qū)巷道的改進(jìn)支護(hù)方案

根據(jù)現(xiàn)有支護(hù)方式的不足之處，擬定使用超前管棚支護(hù)+噴射混凝土進(jìn)行臨時(shí)支護(hù)。主要原因是噴射混凝土能夠使較為散碎的煤層黏接在一起，使巷道能夠被整體的支護(hù)起來(lái)，降低因?yàn)檎w性較差導(dǎo)致的跨度較大現(xiàn)象，并且黏結(jié)性較好的煤層力學(xué)性能也會(huì)相應(yīng)的增加。具體施工方式如下:首先在當(dāng)前的施工位置前方斷面進(jìn)行鉆孔、掃孔。掃孔完畢后打入鋼管，相鄰鋼管的間距為300 mm，鋼管超出斷面500 mm。超出部分同鋼架相連接。掘進(jìn)處的煤層十分的破碎，因此最大掘進(jìn)量為4.5 m，完成該掘進(jìn)量后進(jìn)行混凝土噴射，根據(jù)實(shí)際需求選用C20 混凝土。

永久支護(hù)方案是在原方案的基礎(chǔ)上對(duì)于不足之處進(jìn)行了完善，采用金屬網(wǎng)+錨桿+錨索+型鋼梁聯(lián)合支護(hù)的方式。具體措施如下:

1）頂板錨索在現(xiàn)有基礎(chǔ)上增加兩個(gè)，間距適當(dāng)擴(kuò)大。主要原因是通過(guò)錨索數(shù)量的增加，使得破碎的煤層具有更好的整體性，使得錨索覆蓋的煤層更加穩(wěn)定；

2）錨桿間距縮短300 mm、直徑變?yōu)?6 mm，使得錨桿的抗剪切能力更強(qiáng)；

3）焊接的鋼筋更改為π 型鋼梁，使得鋼筋的支護(hù)更加有效，整體結(jié)構(gòu)更加緊固，并且此類(lèi)鋼筋對(duì)于頂板跨度的限制更加有效[3]。

改進(jìn)后的支護(hù)方案具體示意圖如圖2 所示。

圖2 31 采區(qū)2 號(hào)回風(fēng)巷掘進(jìn)過(guò)程中的改進(jìn)支護(hù)方案（單位：mm）

4 應(yīng)用效果分析

在巷道掘進(jìn)過(guò)程中，對(duì)于新方案進(jìn)行為期1 個(gè)月的監(jiān)測(cè)，檢測(cè)頂板以及兩幫的變形量進(jìn)行參數(shù)的記錄。圖3 為巷道300 m 以及340 m 處變形圖。根據(jù)變形圖不難發(fā)現(xiàn)，采用新方案之后，頂板以及兩幫的變形量均有所下降，同原有方式相比分別下降了9.9%，15.3%。此外，新方案對(duì)于破碎煤層的掉矸和片幫現(xiàn)象作用效果顯著。使用該種支護(hù)方式，不僅能夠保證整個(gè)巷道的支護(hù)效果，也能夠保證整體支護(hù)維持的周期較長(zhǎng)，整個(gè)工程能夠順利的實(shí)施。

圖3 31 采區(qū)2 號(hào)回風(fēng)巷在300 m 處和340 m 處變形規(guī)律圖

截至2021 年9 月，31 采區(qū)2 號(hào)回風(fēng)巷道的工作面已經(jīng)掘進(jìn)至380 m 處，順利通過(guò)了F2 斷層破碎帶區(qū)域，巷道圍巖整體性增強(qiáng)。如圖4 所示為巷道在斷層破碎區(qū)改進(jìn)支護(hù)方案前后的頂板和兩幫的最大變形量。

圖4 31 采區(qū)2 號(hào)回風(fēng)巷在破碎區(qū)改進(jìn)支護(hù)方案前后最大變形量對(duì)比圖

5 結(jié)語(yǔ)

在31 采區(qū)2 號(hào)回風(fēng)巷掘進(jìn)工作面經(jīng)過(guò)斷層破碎帶時(shí)，采用開(kāi)挖后才進(jìn)行施工的管式前探梁臨時(shí)支護(hù)和金屬網(wǎng)+錨桿+錨索+鋼筋托梁聯(lián)合永久支護(hù)出現(xiàn)了許多工程問(wèn)題，不利于工程安全和高效進(jìn)行。經(jīng)過(guò)分析，采用超前的管棚支護(hù)+開(kāi)挖后噴射混凝土的臨時(shí)支護(hù)，并對(duì)永久支護(hù)中的錨索數(shù)量等進(jìn)行了改進(jìn)，取得了良好的工程效果。