侯文梓

（山西汾西正令煤業(yè)有限責任公司，山西 孝義 032300）

引言

確保巷道圍巖穩(wěn)定是實現(xiàn)煤炭安全高效開采的基礎[1]。隨著礦井采掘深度增加，巷道掘進期間受地質(zhì)構造影響更為顯著，當掘進巷道遇頂板破碎段時，往往面臨頂板下沉量大、冒頂?shù)蕊L險，給巷道正常使用帶來制約[2-3]。對于頂板破碎段，采用常規(guī)的錨網(wǎng)索支護方式往往難以有效控制圍巖變形，因此如何控制破碎段圍巖成為此類地質(zhì)情況下巷道圍巖控制需要解決的現(xiàn)實問題。本文以山西某礦2306運輸巷掘進遇頂板破碎段為工程實例，提出采用超前支護、二次支護相結合方式支護圍巖，現(xiàn)場取得較好的應用效果。

1 2306運輸巷概況

1.1 地質(zhì)概況

2306工作面位于2采區(qū)西側，采面設計走向長度3 025 m、傾向226 m，2306運輸巷沿著3號煤層底板掘進，巷道設計掘進長度3 078 m。2306工作面采3號煤層，煤層平均厚度2.1 m、傾角3°～6°，煤層直接頂、基本頂分別為泥巖、粉砂巖，直接底及基本底分別為炭質(zhì)泥巖、砂質(zhì)泥巖。

根據(jù)三維地質(zhì)資料以及鄰近采面回采巷道掘進及回采揭露顯示，在2306運輸巷掘進過程中會揭露有DF15、DF21等多條斷層，在斷層影響下局部區(qū)域頂板破碎。在頂板破碎帶直接頂破碎厚度約為500 mm。

1.2 巷道原有支護參數(shù)

2306運輸巷斷面為矩形（凈寬5.2 m、凈高2.8 m），圍巖控制采用錨網(wǎng)索方式，其中頂板、巷幫錨桿規(guī)格為Φ20 mm×2 500 mm，頂板錨桿按照850 mm間距、1 000 mm排距布置，巷幫錨桿按照1 000 mm間距、1 000 mm排距布置；頂錨索規(guī)格為Φ17.8 mm×10 300 mm，按照1 700 mm間距、2 000 mm排距布置。頂板及巷幫均采用塑鋼網(wǎng)護表。

2 頂板破碎段圍巖支護設計

2.1 圍巖支護理念

在頂板破碎段巷道圍巖支護采用超前支護+二次支護結合相結合方式進行圍巖控制?，F(xiàn)階段礦井使用的超前支護一般可細分為2類，具體包括超前錨桿（錨索）支護、注漿錨桿（錨索）支護，對于頂板破碎段通過使用超前支護可降低巷道掘進期間頂板位移量。二次支護是巷道圍巖在巷道掘進、回采等影響下出現(xiàn)圍巖變形量過大問題時，為控制圍巖變形采用的針對頂板、巷幫以及幫角等位置使用的補強支護措施。

2.2 超前支護方案

依據(jù)2306運輸巷掘進過頂板破碎段現(xiàn)場實際情況，為確保巷道掘進開挖期間破碎頂板穩(wěn)定，通過組合梁以及圍巖補強理論，對巷道掘進迎頭未開挖段進行超前支護，通過在掘進仰頭布置超前錨桿提高超前支護段內(nèi)破碎頂板承載能力以及穩(wěn)定性。依據(jù)現(xiàn)場實際情況并結合有關研究成果，在2306運輸巷迎頭布置的超前錨桿斜插角為30°，超前錨桿規(guī)格為Φ20 mm×2 500 mm，錨桿按照2 000 mm排距布置，每排布置3～4根超前錨桿，2306運輸巷迎頭超前錨桿具體布置情況如圖1所示。超前錨桿錨固采用2支M SK2335錨固劑，有效錨固長度控制在700 mm以上，錨桿施工完成后預先施加的預緊力控制在150 kN以上。

在頂板破碎段采用錨桿進行超前支護時，先采用ZYC2X800/21/30超前支架對迎頭破碎頂板進行支護，在臨時支護支架掩護下在迎頭向頂板按照30°仰角施工超前錨桿，并應確保超前錨桿與破碎頂板巖體有效結合。為提高超前錨桿破碎頂板控制效果，應嚴格按照要求控制頂板錨桿長度，并提高錨固劑錨固效果。

圖1 頂板破碎段超前支護示意圖

2.3 二次支護

在巷道掘進至頂板破碎段時，在原有錨網(wǎng)索支護方案基礎上進行二次補強支護，提高圍巖整體支護強度。具體二次補強支護設計方案如圖2所示。

圖2 二次補強支護示意圖

在二次補強支護方案施工前，先對頂板、巷幫塑鋼網(wǎng)鼓包進行處理，為確保二次補強支護效果，具體補強支護參數(shù)可依據(jù)現(xiàn)場情況調(diào)整。在2306運輸巷破碎頂板段煤柱幫二次支護時，靠近底板幫角采用金屬錨桿（規(guī)格為Φ20 mm×2 500 mm）補強支護，巷幫則采用3根錨索（Φ17.8 mm×5 300 mm）補強支護，補強錨索間排距分別為700 mm、1 000 mm；煤墻側則使用錨桿（規(guī)格為Φ20 mm×2 500 mm）補強支護，巷幫補強錨索施工完成后施加的預緊力控制在100 kN以上。頂板采用錨索補強、具體錨索規(guī)格為Φ17.8 mm×10 300 mm，錨索間排距均為2 000 mm，張緊力控制在200 kN以上，補強錨索間采用W鋼帶連接。

3 圍巖控制效果分析

在2306運輸巷在頂板破碎段范圍內(nèi)掘進時，通過采用超前支護、二次支護方式可對頂板破碎巖體進行有效控制，巷道在掘進期間未出現(xiàn)漏頂情況。通過采用超前錨桿可確保破碎頂板在巷道掘進期間不出現(xiàn)掉落問題，在頂板破碎段掘進期間巷道掘進進尺與頂板正常段保持一致，掘進進尺日均可達到5.0 m。

對頂板破碎段支護完成后巷道圍巖變形情況進行監(jiān)測，具體監(jiān)測內(nèi)容主要為頂板巖層離層量。在超前支護段以及非超前支護段分別布置測點，對頂板上覆3 m、8 m位置頂板離層情況進行監(jiān)測，離層監(jiān)測使用GYW300離層傳感器，監(jiān)測周期為48 d，具體監(jiān)測獲取到的頂板離層參數(shù)如圖3所示。

圖3 頂板離層監(jiān)測曲線

從圖3中看出，在未超前支護區(qū)，巷道掘進開挖之后頂板出現(xiàn)明顯的離層情況，錨桿、錨索以及金屬網(wǎng)等支護方式難以起到較好的支護作用，淺部區(qū)域巖體離層量可達到20 mm以上、深部區(qū)域頂板離層量可達到8 mm以上，頂板巖層離層量過大會導致錨桿支護體系失效，嚴重時甚至出現(xiàn)頂板大范圍冒落問題。

在對頂板進行超前支護段，頂板淺部位移量僅為10 mm，為非超前支護段的50%；深度區(qū)域離層量為3 mm，為非超前支護段的42%，頂板離層量整體較小?，F(xiàn)場頂板離層量監(jiān)測結果表明，將超前錨桿、二次支護相結合的圍巖支護方案可有效應對頂板破碎段圍巖變形量大、頂板控制困難等問題。

4 結論

1）2306運輸巷掘進期間會揭露有頂板破碎段，在頂板破碎段內(nèi)巷道圍巖控制面臨頂板下沉大、頂板冒落以及圍巖支護困難等問題。為確保頂板破碎段圍巖支護效果，提出采用超前錨桿對破碎段頂板進行超前支護，確保巷道掘進期間破碎頂板穩(wěn)定，后采用二次支護方式提高破碎段圍巖支護體系強度。

2）依據(jù)2306運輸巷現(xiàn)場實際情況，對頂板破碎段超前支護以及二次支護方案進行設計，現(xiàn)場應用后，巷道在頂板破碎段范圍內(nèi)掘進時未出現(xiàn)頂板冒落、圍巖變形量過大問題?，F(xiàn)場監(jiān)測頂板淺部、深部離層量分別為10 mm、3 mm，頂板離層量整體較小，本文提出的頂板破碎段支護方案取得較好應用成果。