李 科

（潞安化工集團(tuán)五陽(yáng)煤礦，山西 長(zhǎng)治 046200）

1 潞安化工集團(tuán)A 礦2103 運(yùn)輸巷概況

潞安化工集團(tuán)A 礦2103 運(yùn)輸巷所處區(qū)域?yàn)榈V井301 采區(qū)南部，2103 運(yùn)輸巷長(zhǎng)度632 m，斷面呈矩形，斷面長(zhǎng)度4.5 m、寬度3.5 m。巷道掘進(jìn)方向同12-2 號(hào)煤層底板走向一致。

12-2 號(hào)煤層具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可開(kāi)采量較大等特點(diǎn)，巷道的直接頂由細(xì)砂巖和砂質(zhì)頁(yè)巖構(gòu)成，厚度為5.9 m，基本頂由粗砂巖構(gòu)成，厚度為9.7 m，不存在偽頂[1]。

當(dāng)前2103 運(yùn)輸巷已掘進(jìn)155 m，由相關(guān)地質(zhì)資料可知，巷道160 m 處即將出現(xiàn)F3 逆斷層，斷層落差1.4 m，斷層傾角45°。由于斷層存在，導(dǎo)致巷道在掘進(jìn)超過(guò)150 m 后，頂板開(kāi)始出現(xiàn)離層、冒落等現(xiàn)象，尤其是掘進(jìn)超過(guò)155 m 后，頂板整體性較差，破碎情況十分嚴(yán)重?，F(xiàn)有的支護(hù)方式難以滿足頂板的支護(hù)需求，嚴(yán)重阻礙巷道掘進(jìn)工作的安全高效進(jìn)行。

2 頂板原支護(hù)方案分析

2.1 原支護(hù)方案

2103 運(yùn)輸巷現(xiàn)有的支護(hù)方案為錨桿+錨索+鋼帶的聯(lián)合支護(hù)方案。選用的錨桿直徑為20 mm、長(zhǎng)度為2 000 mm，選用的錨索直徑為17.8 mm、長(zhǎng)度為4 500 mm，選用的鋼帶長(zhǎng)度為4 200 mm、寬度為25 mm；頂板每排錨桿的數(shù)量為5 根，錨索的數(shù)量為3根，相鄰錨桿的間距為1 000 mm、排距為1 000 mm，相鄰錨索的間距為1 800 mm，排距為3 000 mm。錨桿在圍巖中的錨固長(zhǎng)度為300 mm、外露長(zhǎng)度為10～30 mm，錨索在圍巖中的錨固長(zhǎng)度為1 200 mm、外露長(zhǎng)度為150～250 mm。錨桿布置完畢后每排錨桿添加1 條鋼帶完成預(yù)緊過(guò)程[2]。

2.2 問(wèn)題分析

現(xiàn)有的支護(hù)方案難以保證斷層區(qū)域的支護(hù)效果，降低了巷道的掘進(jìn)效率以及施工安全性，主要原因如下：

1）受斷層構(gòu)造應(yīng)力影響。F3 斷層區(qū)域內(nèi)，巷道頂板煤巖層破壞嚴(yán)重導(dǎo)致應(yīng)力出現(xiàn)卸壓空間，造成巷道掘進(jìn)過(guò)程中應(yīng)力集中現(xiàn)象明顯，兩幫煤巖體出現(xiàn)垂直剪切應(yīng)力以及水平張拉應(yīng)力，造成巷道頂板產(chǎn)生破碎、離層和冒頂?shù)惹闆r。

2）支護(hù)強(qiáng)度不足。頂板選區(qū)的錨桿長(zhǎng)度為2000mm，已知巷道頂板煤層厚度為6.5 m，頂板上方仍有2.0 m 厚的煤層，并且錨桿外露長(zhǎng)度在10～30 mm 之間。所以，錨桿難以打設(shè)至煤層的直接頂上，不僅顯著降低了支護(hù)效果，而且是造成離層現(xiàn)象的出現(xiàn)。此外，由于錨固區(qū)域較淺，頂板的變形僅能靠布置鋼帶進(jìn)行控制，很容易出現(xiàn)鋼帶斷裂導(dǎo)致支護(hù)失效的情況產(chǎn)生。

3 過(guò)斷層頂板綜合支護(hù)技術(shù)方案

為提升2103 運(yùn)輸巷在斷層掘進(jìn)期間頂板的穩(wěn)定性，提高巷道的掘進(jìn)效率，本文提出了一種撞楔超前支護(hù)+絲杠柱空頂支護(hù)+注漿錨桿支護(hù)的聯(lián)合支護(hù)技術(shù)方案。

3.1 撞楔超前支護(hù)方案

撞楔超前支護(hù)方案所需部件包括鋼釬、夾板、錨固劑以及固定錨桿。選取的鋼釬直徑為30 mm，長(zhǎng)度為3 000 mm；夾板采用高強(qiáng)度鋼板，長(zhǎng)度為800 mm，寬度為300 mm，鋼板兩端分別加工出1 個(gè)圓孔，圓孔直徑為30 mm；選取的固定錨桿直徑為20 mm，長(zhǎng)度為1 200 mm[3]。

在2103 運(yùn)輸巷掘進(jìn)至155 m 附近時(shí)，提前在巷道頂板指定位置垂直于煤壁進(jìn)行鉆孔，鉆孔直徑為32 mm，相鄰孔的間距為300 m，鉆孔完畢后放入鋼釬，鋼釬外露長(zhǎng)度為200 mm，布置完畢后先使用錨固劑進(jìn)行加固，加固后再使用夾板加緊，通過(guò)夾板兩端的圓孔進(jìn)行固定錨桿打設(shè)，每個(gè)夾板負(fù)責(zé)3 根鋼釬，保證鋼釬和夾板的固定效果，在斷層掘進(jìn)期間重復(fù)該過(guò)程。

3.2 絲杠柱空頂支護(hù)

巷道掘進(jìn)過(guò)程中，端頭迎頭處常常會(huì)產(chǎn)生頂板冒頂現(xiàn)象，主要原因是斷層構(gòu)造導(dǎo)致頂板空頂?shù)漠a(chǎn)生，進(jìn)而導(dǎo)致冒頂現(xiàn)象的出現(xiàn)，降低了巷道的掘進(jìn)效率。針對(duì)這一問(wèn)題使用絲杠柱實(shí)現(xiàn)頂板空頂區(qū)域的臨時(shí)支護(hù)，避免冒落現(xiàn)象的出現(xiàn)。絲杠柱空頂支護(hù)所需構(gòu)件包括：鋼梁、吊環(huán)和絲杠柱。鋼梁選用10 號(hào)槽鋼，包括橫梁以及縱梁，長(zhǎng)度依次是4.2 m、4.0 m。其中橫梁上需要加工除3 個(gè)焊制絲扣孔，保證絲杠柱的安裝。

巷道掘進(jìn)過(guò)程中，一旦迎頭出現(xiàn)超過(guò)1.5 m 的空頂距，及時(shí)對(duì)吊環(huán)進(jìn)行安裝，吊環(huán)安裝在巷道最前方兩排錨桿的外露部分，每排吊環(huán)的數(shù)量為3 個(gè)，共計(jì)2 排；安裝完畢后穿過(guò)每排吊環(huán)安裝一根橫梁，在橫梁基礎(chǔ)上安裝縱梁，橫梁縱梁呈垂直關(guān)系，縱梁數(shù)量為3 根，相鄰縱梁的間距為2.0 m，安裝完畢后提升絲杠柱保證縱梁和頂板間的貼合，完成空頂區(qū)域的支護(hù)。絲杠柱空頂支護(hù)結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

圖1 絲杠柱空頂支護(hù)結(jié)構(gòu)（單位：mm）

3.3 注漿錨桿支護(hù)方案

注漿錨桿是通過(guò)注漿的方式將破碎圍巖周?chē)目障哆M(jìn)行充填，不僅提升了圍巖的整體性，實(shí)現(xiàn)了錨桿的加固，也減少了掘進(jìn)作業(yè)導(dǎo)致的頂板損壞現(xiàn)象。注漿錨桿支護(hù)對(duì)于錨桿整體均能起到錨固作用。所需的構(gòu)件包括注漿錨桿、JW 型鋼帶、注漿軟管、注漿泵和注漿材料。選取的注漿錨桿長(zhǎng)度為3 500 mm，內(nèi)部中空直徑為14 mm，錨桿表面對(duì)稱分布著兩排圓孔，保證注漿的順利流出，圓孔直徑為10 mm；JW 型鋼帶長(zhǎng)度為0.5 m，寬度為0.28 m；注漿軟管直徑為8 mm；注漿材料選用聚氨酯。

斷層掘進(jìn)過(guò)程中，在巷道頂板垂直于頂板進(jìn)行鉆孔，鉆孔直徑為30 mm、孔深為3.5 m，相鄰孔的間距為1.2 m、排距為1.2 m，每排鉆孔數(shù)量為4 個(gè)。鉆孔完畢后放入注漿，將注漿軟管的兩端分別連接注漿錨桿和注漿泵，連接完畢后使用膨脹水泥進(jìn)行封孔處理，注漿過(guò)程中壓力保持在1.0 MPa，煤層產(chǎn)生滲漿現(xiàn)象后停止注漿。注漿錨桿支護(hù)剖面結(jié)構(gòu)如圖2 所示。

圖2 注漿錨桿支護(hù)剖面圖（單位：mm）

4 實(shí)施效果分析

為了驗(yàn)證優(yōu)化后的支護(hù)方案實(shí)際效果，在巷道頂板布置離層監(jiān)測(cè)儀，監(jiān)測(cè)周期30 d，在巷道斷層掘進(jìn)期間進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果可知，采用優(yōu)化后的聯(lián)合支護(hù)方案后，0～6 d 期間頂板變形量逐漸增加，最大位移量為118 mm；6～16 d 期間頂板應(yīng)力變化較小，位移量變化較小；16 d 之后頂板應(yīng)力趨于穩(wěn)定，位移量幾乎不變，離層冒落現(xiàn)象得到了很好的控制。

5 結(jié)語(yǔ)

潞安化工集團(tuán)A 礦2103 運(yùn)輸巷，在現(xiàn)有支護(hù)方案下過(guò)F3 斷層時(shí)存在頂板冒落等現(xiàn)象，降低了巷道的掘進(jìn)效率，掘進(jìn)速度僅為1.7 m/d，并且施工安全難以保障。采用本文提出的聯(lián)合支護(hù)方案后，頂板位移量控制在120 mm 以內(nèi)，冒落、破碎現(xiàn)象也顯著減少，掘進(jìn)速度提升至4.5 m/d，實(shí)現(xiàn)了巷道過(guò)斷層期間的支護(hù)要求，對(duì)于巷道斷層的支護(hù)研究有著借鑒意義。