松軟破碎圍巖掘進防冒頂技術探討

一、前言

一般來說，礦井在建井初期，距離地表較近，許多場合是在二迭系童子巖組之上的巖石中掘進作業。而復蓋在此巖組之上的巖石基本上已風化，原生的結構整體性、穩定性遭到嚴重破壞，裂縫破碎帶長期受地表水的浸蝕及地表泥砂的填充，也致使該區域地層風氧化帶深度深、強度大，局部的圍巖就象是由一塊塊的孤石夾伴泥沙堆積在一起。在此松軟破碎圍巖中掘進經常會發生冒頂事故，一方面影響了工程的進度，另一方面對安全也造成一定的威脅。為了對此類礦井的采掘安全進行研究，今以仙亭煤礦為例作技術探討。

仙亭煤礦+660m總回風巷于2005年9月開始掘進，由于該工程處于+660m水平，距離地表較近，該工程即處于以上所述的惡劣環境中作業，且設計斷面主要為8.1m2的大斷面。因此，巷道的掘進和支護面臨著重重困難。如何采用可行的安全技術措施，保障施工進度，防止發生冒頂事故，確保施工安全，是一大難題。

二、主要技術方案及措施

1、采取控制爆破技術。針對施工中圍巖破碎情況，采用控制炮眼深度、間距，嚴格控制裝藥量（局部周邊眼裝藥量控制1/5～1/2節），必要時增打周邊空眼，采用切割預裂爆破技術，降低爆破對圍巖的破壞程度。

2、采用巷道兩翼及上部超前，中下部滯后的施工方法。通過采取這一措施，使中下部圍巖自然抵御迎頭片幫，起到了控制圍巖暴露面積，縮短圍巖暴露時間的作用，降低了工作面初期的支護難度，為工作面的正常支護贏得寶貴的時間。

3、采用金屬錨桿超前護頂、前探梁超前支護措施，控制頂板垮落，確保施工安全。由于工作面巖性總體為孤石堆積，一旦掉落一塊，必將接二連三，而且沖擊力對支架的影響特別大。因此，控制巷道斷面以外的巖石冒落成為該技術應用的關鍵所在。施工中，采用3.5m長鉆桿鑿眼，φ25×3m焊接管作為錨桿材料，錨桿間距視情況控制在0.25m～0.4m之間，排距控制在1.2m～2.0m之間。采取這一措施，使工作面的頂幫孤石均處在錨桿和支架的控制之內，可有效地控制頂板的冒落，降低巖石冒落對支架的沖擊力，結合采用超前支護，保障施工安全。

4、加強支架的整體性。在金屬拱架間設置4～5根Φ16鋼筋結合螺帽固定的拉桿，視情況補打支架間的縱向豎向支撐等，降低支架的架設難度，保證支架的架設安全，顯著提升了支架的整體穩定性。

5、合理選擇支護強度。原設計采用15～18kg/m鋼軌拱架，其受力性能較差。經論證，采用9#礦工鋼作為支架材料，礦工鋼拱架連接位置根據各作業地點原始條件情況靈活選擇，使礦工鋼拱架在滿足支護強度的前提下盡可能達到方便現場操作；此外，根據各地點巷道壓力情況，適當控制棚距，并酌情增設豎撐等，棚距由原常規的1m調整為0.6m～0.8m，保證支架強度滿足要求。

6、適時采用短掘短砌施工方法。+660m總回風巷局部極破碎，巷道壓力巨大。對此，及時組織短掘短砌施工方法，確保支護強度，避免了冒頂后患。

7、堅持一次成巷。實施一次成巷施工，避免了二次擴刷可能造成的冒頂隱患，減少了二次支護成本和施工難度。

8、加強現場施工安全管理。針對各施工段的圍巖破碎情況，適時組織現場跟班技術指導，保障作業地點退路暢通，做好必要的退路、支護防范等工作，為松軟破碎帶巖層掘進的施工安全保駕護航。

三、取得成效

1、確保施工安全。通過采取上述措施，使所有的作業人員均能在支架及錨桿的保護下進行作業，確保了施工人員的生命安全。

2、減少冒頂工程量。剛開工時，由于未采取以上施工技術，造成了三處大的塌方。而經過采取以上措施后，就再無冒頂現象發生。

3、顯著降低坑木耗。施工初期，由于經驗不足，選擇的支護間距為1m，使用18kg/m鋼軌，支護強度不夠，發生長度8m的冒頂，接頂使用φ14×4m 木柱267根、板皮800塊，耗用坑木共計30.16m3。采取防冒頂措施后每米耗用坑木0.61m3，節約坑木203.84m3，創造效益13.24萬元。

4、保障施工進度。在+660總回風巷工程，設計斷面跨度大的情況下，每月平均單進達60m以上。

5、穩定職工隊伍。在施工初期，由于未采取以上安全技術措施，對頂板冒頂控制能力差，施工安全受到嚴重威脅，且施工進度慢，導致個別職工產生懼怕畏縮情緒，自采取安全技術措施后，施工安全得到保障，無一工人退出。

6、一次成巷的效果。按設計斷面一次成巷，減少二次擴刷時應力加大、頂板管理難度加大而產生的冒頂。而在前期的施工中，沒有一次成巷，而是采用小斷面掘進后擴刷成巷，產生大冒頂，處理了一個月半。

四、結束語

總結仙亭煤礦松軟破碎圍巖掘進施工的經驗教訓，我們認為，對松軟破碎圍巖的井巷掘進施工，必須嚴加控制頂板，防止產生冒頂現象，一旦產生冒頂，將大幅度加大處理難度，且作業人員必須在空頂下裝頂，操作安全難于得到保障。通過實踐的檢驗，上述安全技術措施技術上可行、經濟上合理、安全上可靠，可供其它礦山惡劣破碎地層掘進施工借鑒。