黃彥軍

（潞安化工集團(tuán)司馬煤業(yè)有限公司，山西 長治 046000）

1 概述

潞安化工集團(tuán)司馬煤業(yè)有限公司1116 南運(yùn)巷及附屬聯(lián)巷布置在井田一采區(qū)中部，巷道北部為一采區(qū)輔助軌道巷I 段，南部為3#煤實(shí)煤區(qū)，東部為1116 工作面回采區(qū)域，西部為一采區(qū)運(yùn)輸巷、回風(fēng)巷、軌道巷。1116 南運(yùn)巷從盤區(qū)輔運(yùn)巷算起，設(shè)計(jì)全長1266 m，巷道設(shè)計(jì)斷面規(guī)格為寬×高=4.8 m×3.7 m，巷道掘進(jìn)煤層為下二疊統(tǒng)山西組下部的3 號煤層。煤層頂?shù)装鍘r性見表1。

表1 1116 南運(yùn)巷3#煤層頂?shù)装鍘r性表

2 巷道掘進(jìn)技術(shù)難題

2.1 巷道掘進(jìn)現(xiàn)狀

1116 南運(yùn)巷采用綜合機(jī)械化掘進(jìn)工藝，巷道內(nèi)安裝一臺EBZ260 型掘進(jìn)機(jī)進(jìn)行掘進(jìn)，在巷道開口處安裝兩臺FBD 型局部通風(fēng)機(jī)進(jìn)行供風(fēng)，巷道單茬掘進(jìn)深度為1.0 m，平均掘進(jìn)量為6.5 m/d，已掘進(jìn)450 m。

1116 南運(yùn)巷掘進(jìn)至452 m 處揭露一條正斷層，斷層落差為1.8 m，傾角為52°，在揭露斷層前10 m 處時巷道頂板出現(xiàn)局部破碎現(xiàn)象。為了快速過斷層破碎區(qū)，巷道掘進(jìn)至445 m 處時縮小了巷道頂板錨桿、錨索間排距，但是通過實(shí)際應(yīng)用效果來看，縮小了支護(hù)間排距后未能完全控制住頂板破碎現(xiàn)象，當(dāng)巷道掘進(jìn)至447 m 處時頂板出現(xiàn)第一次冒漏，冒漏深度為1.8 m，寬度為3.2 m，且冒漏區(qū)附近圍巖破碎嚴(yán)重，頂板整體下沉量達(dá)0.42 m。

2.2 巷道破碎機(jī)理

（1）頂板結(jié)構(gòu)復(fù)雜。1116 南運(yùn)巷掘進(jìn)煤層為3#石炭系煤層，煤層整體結(jié)構(gòu)復(fù)雜，煤層內(nèi)含7～8層夾矸，夾矸平均厚度為0.3 m。當(dāng)巷道掘進(jìn)時受掘進(jìn)應(yīng)力以及上覆巖體重力影響，煤層在夾矸處出現(xiàn)離層，無法形成穩(wěn)定連續(xù)的承載結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致頂板出現(xiàn)破碎現(xiàn)象。

（2）構(gòu)造應(yīng)力影響。1116 南運(yùn)巷在452 m 處揭露斷層，巷道掘進(jìn)至440 m 處時進(jìn)入斷層應(yīng)力區(qū)。掘進(jìn)煤層受斷層應(yīng)力作用下，煤巖體內(nèi)形成裂隙帶，構(gòu)造應(yīng)力對裂隙巖體產(chǎn)生卸壓破壞作用，導(dǎo)致圍巖出現(xiàn)應(yīng)力剪切破碎現(xiàn)象，破壞了圍巖力學(xué)結(jié)構(gòu)，降低了圍巖穩(wěn)定性。

（3）支護(hù)效果差。1116 南運(yùn)巷原支護(hù)設(shè)計(jì)主要采用錨索（索）進(jìn)行圍巖支護(hù)，錨桿（索）支護(hù)時主要通過預(yù)應(yīng)力傳遞作用，使錨固段形成連續(xù)穩(wěn)定性支護(hù)梁結(jié)構(gòu)，從而對頂板進(jìn)行支護(hù)。但是巷道受集中應(yīng)力作用，頂板圍巖穩(wěn)定性降低，圍巖內(nèi)形成“松動圈”，錨桿（索）在松動圈內(nèi)錨固效果差，且預(yù)應(yīng)力無法連續(xù)傳送至穩(wěn)定巖體內(nèi)，支護(hù)組合梁結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性差，起不到預(yù)期支護(hù)效果。

3 復(fù)合破碎頂板聯(lián)合支護(hù)技術(shù)

為了進(jìn)一步提高1116 南運(yùn)巷應(yīng)力區(qū)頂板整體穩(wěn)定性，降低圍巖變形，決定從提高應(yīng)力區(qū)煤巖體單軸抗壓強(qiáng)度、提高巷道支護(hù)作用兩方面著手，分別采取施工注漿錨索、架設(shè)梯形棚聯(lián)合支護(hù)措施進(jìn)行圍巖控制[1-5]。

3.1 注漿錨索支護(hù)技術(shù)

3.1.1 注漿錨索支護(hù)原理

在頂板施工中空注漿錨索并進(jìn)行預(yù)緊，對中空錨索內(nèi)填裝注漿軟管進(jìn)行注漿施工，注漿液在高壓作用下沿錨索注漿射孔進(jìn)入圍巖裂隙內(nèi)，從而對圍巖裂隙進(jìn)行粘接、填充，實(shí)現(xiàn)破碎圍巖二次重組。在注漿過程中注漿液滲透注漿孔并將錨索支護(hù)體與鉆孔壁巖體進(jìn)行粘接，加強(qiáng)錨索錨固效果，實(shí)現(xiàn)了注漿錨索全長錨固作用。

3.1.2 支護(hù)工藝

（1）1116 南運(yùn)巷應(yīng)力破碎區(qū)頂板安裝的注漿錨索主要由止?jié){塞、剛性注漿管、柔性注漿管、輔助出漿口、主出漿口以及楔頭芯桿等部分組成，如圖1。注漿錨索采用直徑為25 mm、長度為8.0 m 中空預(yù)應(yīng)力鋼絞線，錨索中部注漿孔直徑為12 mm。

圖1 116 南運(yùn)輸巷應(yīng)力破碎支護(hù)斷面示意圖（mm）

圖1 中空注漿錨索結(jié)構(gòu)示意圖

（2）中空注漿錨索替換原頂板單錨索，注漿錨索施工在頂板相鄰兩根鋼帶之間，每排布置3 根中空注漿錨索（鉆孔編號為1#、2#、3#），間距×排距=3.0 m×1.8 m。其中1#、3#鉆孔為兩幫鉆孔，鉆孔與巷幫布置夾角為30°；3#鉆孔為中部孔，垂直頂板布置，鉆孔深度為8.0 m，直徑為32 mm。

（3）中空注漿錨索鉆孔采用MT-130 型風(fēng)動錨索鉆機(jī)進(jìn)行施工，配套設(shè)備主要包括長度為1.2 m中空鉆桿5 根、長度為1.0 m 中空鉆桿2 根、直徑為32 mm“八”字型合金鋼鉆桿若干個。

（4）鉆孔施工完后安裝注漿錨索，安裝順序?yàn)椋禾钛b錨固劑（共計(jì)3 根）→插入中空注漿錨索→安裝攪拌套并攪拌→等待錨固劑凝固（等待時間為480 s）→安裝托盤、鎖具→張拉機(jī)具預(yù)緊（預(yù)緊力不得低于370 kN）。

（5）中空注漿錨索安裝后對錨索內(nèi)依次安裝注漿管，并安裝柔性聚氨酯止?jié){塞，將注漿管外露端與專用注漿泵連接進(jìn)行注漿，注漿液采用馬麗散與催化劑混合的化學(xué)材料，注漿壓力為4.5 MPa。

3.2 梯形棚支護(hù)

為了進(jìn)一步提高應(yīng)力區(qū)頂板穩(wěn)定性，注漿錨索施工后架設(shè)梯形鋼棚。

（1）每架梯形鋼棚主要由頂梁（梯形結(jié)構(gòu)）、U29 型鋼棚腿、鋼板底座、圓鋼連接桿以及固定卡纜等部分組成，如圖2 所示。為了防止應(yīng)力作用下鋼棚棚腿出現(xiàn)變形，提高鋼棚耦合支護(hù)強(qiáng)度，頂梁采用直徑為20 mm 柔性圓鋼焊制而成，頂梁規(guī)格為長×寬=4.5 m×0.5 m；頂梁端部各焊接一個棚腿固定鋼板，鋼板規(guī)格為長×寬=0.4 m×0.2 m，鋼板上焊制四個直徑為16 mm 圓孔；棚腿長度為3.5 m，棚腿頂端同樣焊制一塊鋼板，與梯形梁上鋼板規(guī)格參數(shù)一致，棚腿采用U29 型鋼焊制而成。

（2）梯形棚安裝順序?yàn)椋旱装逭讲惭b鋼棚底座→棚腿與底座對接安裝→采用卡纜將頂梁與棚腿固定→安裝圓鋼拉桿。為了適應(yīng)大應(yīng)力頂板，減少鋼棚變形，安裝時棚腿與頂梁之間保持84°迎山角，如圖2。

（3）梯形鋼棚安裝間距為1.0 m，鋼棚安裝后對相鄰兩架鋼棚棚腿之間安裝一組拉桿進(jìn)行固定，若頂板破碎嚴(yán)重鋼棚支護(hù)后頂梁無法接頂時，應(yīng)在頂梁上方鋪設(shè)道木、鋼梁等進(jìn)行剎頂。

4 結(jié)語

（1）與傳統(tǒng)單錨索支護(hù)、注漿施工相比，注漿錨索支護(hù)工序簡單，支護(hù)強(qiáng)度低，簡化了支護(hù)工藝，減少了應(yīng)力區(qū)頂板錨索鉆孔、注漿鉆孔數(shù)量，避免破碎圍巖受支護(hù)鉆孔擾動破壞，提高了破碎圍巖支護(hù)效果。

（2）梯形棚支護(hù)時頂梁與頂板接觸面積大，采用柔性頂梁受應(yīng)力變形小，同時鋼棚根據(jù)頂板應(yīng)力大小可適當(dāng)調(diào)整棚腿迎山角，適用于大應(yīng)力圍巖中，對應(yīng)力區(qū)圍巖支護(hù)效果好。

（3）1116 南運(yùn)巷應(yīng)力區(qū)頂板采取聯(lián)合支護(hù)后，有效控制了頂板破碎、變形，頂板最大下沉量為0.14 m，應(yīng)力區(qū)頂板錨桿（索）支護(hù)失效率由原來的14%降低為3%。實(shí)踐證明，注漿錨索與梯形棚聯(lián)合支護(hù)對應(yīng)力區(qū)圍巖變形控制具有顯著應(yīng)用成效。