鋼棚+注漿支護在煤巷過斷層破碎帶中應用

高 輝

1 工程概述

大同煤礦集團永定莊煤業公司井田內共分為兩個盤區，即南盤區和北盤區，盤區內回采煤層為3#～5#煤層，煤層平均厚度為14.38 m，煤層結構復雜，煤體結構為構造煤，煤層傾角為1°～7°，平均傾角為4°，煤層中存在夾矸石，矸石巖性主要以泥巖、砂巖為主。2106巷位于北盤區，巷道以南為北部盤區巷，西部距工作面500 m為8103工作面；2106巷為8106綜放工作面運輸巷（運輸順槽），巷道設計走向長度為991.4 m，巷道斷面規格為寬×高=5.3 m×3.6 m，沿煤層底板掘進，留頂煤，煤層厚度為14.38 m，煤層中間夾雜一層巖石層，厚度為1.5 m，2106巷掘進時沿煤層底板以該巖石層為頂板掘進。該巖石層主要以炭質泥巖、細粉砂巖混合為主，巖石層繼續往上為煤層，平均厚度為9 m，2106巷從北盤區軌道巷開口施工，已掘進790 m。根據礦地測科提供的2106巷水文地質資料顯示，巷道掘進至850 m處將揭露一條F1正斷層，斷層落差為2.0 m，傾角為45°，掘進側為斷層上盤，巷道頂板下移；通過設計2106巷掘進至斷層帶處時將以6°斜坡留下盤頂煤上山掘進，巷道高度不變，當巷道掘進20 m遇斷層下盤頂板巖石層，此時繼續沿頂底板平行掘進。當巷道掘進至840 m處進入斷層破碎區域，在構造應力的作用下施工巷道進入斷層破碎區域頂板出現破碎、離層現象，當巷道過斷層帶上山掘進時斷層下盤頂煤難以預留，出現頂板大面積冒落現象。采用傳統的錨桿、錨索支護無法滿足施工需求，對此機掘四隊通過技術研究，決定對2106巷過斷層破碎帶時頂板采用鋼棚+注漿聯合支護，力求保證施工巷道安全順利過斷層破碎帶。

2 原2106巷支護形式及存在問題分析

2.1 2106巷傳統支護形式

2106巷初步支護設計中頂板采用錨桿、錨索、W型鋼帶聯合支護，頂板采用長度為2.4 m左旋無縱筋螺紋鋼錨桿，直徑為22 mm，頂板每排施工7根錨桿，間排距為0.8 m；頂板錨索采用長度為8.3 m，直徑為21.8 mm預應力鋼絞線，每排施工三根錨索，錨索間排距為1.6 m；頂板W型鋼帶長度為5.1 m，寬度為0.28 m，W型鋼帶與錨桿配套施工。見圖1。

2.2 存在的問題

(1)當2106巷施工至840 m進入F1斷層破碎帶，此時施工巷道頂板出現大面積破碎現象，頂板壓力加大，頂板錨桿、錨索預緊力不能滿足支護需求，從而造成支護失效嚴重如錨桿折斷、錨索錨固力下降等。

（2）傳統支護設計中頂板鋪設長度為2.4 m，寬度為1.2 m棱形金屬網，在F1斷層破碎區域金屬網維護效果差，出現大面積網兜現象。

（3）當2106巷過F1斷層帶后按6°斜坡上山掘進時，由于斷層下盤頂板三角煤柱最厚處達2.0 m，而頂板采用錨桿長度為2.4 m，此時錨桿錨固端處于煤層與巖石層之間，錨桿錨桿效果差。同時在上山掘進時受構造應力影響三角煤柱破碎嚴重難以預留，出現冒頂現象，加大了巷道施工難度。

3 鋼棚+注漿聯合支護應用

大斗溝煤業公司機掘四隊通過技術研究，對2106巷過斷層帶期間頂板破碎區域架設密集工字鋼棚，并對上山掘進區域頂板三角煤柱采用注漿進行維護，具體施工方法如下。

3.1 架設工字鋼棚施工方法

（1）在2106巷掘進至840 m處開始架設工字鋼棚，直至施工巷道過斷層破碎帶20 m后停止架設，鋼棚間距為1.0 m，共計架設30架。

（2）工字鋼棚主要有棚腿底座、兩節棚腿和一節棚梁組成，棚腿長度為3.5 m，棚梁長度為5.0 m，棚腿與棚梁之間采用卡纜固定，棚腿與底座采用連接螺母固定。

（3）在架設鋼棚前首先將穩賺底座處底板浮煤清理干凈確保底座平穩，為防止底座不平造成鋼棚架設不牢固可通過拉線得方式確定兩個底座安裝在同一水平面上。

（4）底座安裝后依次對接棚腿、棚梁，由于棚腿較長，為確保棚腿安裝后穩固在棚腿中部焊至一個直接為25 mm圓孔，然后施工固定錨桿將其與巷幫固定，見圖1。棚腿與棚梁采用卡纜固定時必須確保卡纜螺母預緊力不得低于100 N·m。

（5）當相鄰兩架鋼棚架設完后分別在頂梁與頂板之間，棚腿與巷幫之間填塞水泥背板，水泥背板規格為長×寬=1.2 m×0.3 m，水泥背板填充后必須確保背板與頂板、巷幫接觸嚴實。

圖1 2106巷過斷層破碎帶永久支護及鋼棚支護

3.2 注漿支護施工方法

注漿支護即在工作面施工注漿鉆孔，然后用高壓注漿泵向鉆孔內注射混合比凝固液，從而得到加強破碎煤體膠結穩定性的目的，2106巷過斷層時注漿支護施工方法具體如下：

（1）當2106巷施工至845 m處時對頂板施工注漿支護，注漿孔施工在距工作面頂板1.2 m處，每排施工四個注漿鉆孔，鉆孔間距為1.3 m，注漿鉆孔與頂板成10°夾角布置，靠近兩幫鉆孔與巷幫成60°夾角布置，鉆孔深度為5.0 m，見圖2。

（2）當工作面注漿鉆孔施工完后采用型號為ZKDY50-70高壓注漿泵進行注漿，注漿壓力不得地獄3.5 MPa，注漿液采用馬麗散與催化劑混合比為1∶1混合液。

（3）在注漿過程中當破碎煤體出現漿液滲出時停止注漿并及時對注漿孔進行封孔，注漿5 h后施工巷道方可繼續掘進。

（4）當巷道掘進3 m 后施工第二排注漿鉆孔并進行注漿，施工工藝與第一排相同，直至2106巷上山掘進完成。

圖2 2106巷過斷層破碎帶注漿支護

4 結語

大同煤礦集團永定莊煤業公司2106巷過斷層破碎帶時，采用鋼棚支護解決了施工巷道在斷層破碎帶處頂板壓力加大傳統的錨桿、錨索支護失效、支護效果差等難題，同時對斷層下盤頂板三角煤柱采用注漿支護大大提高了破碎煤體的膠結穩定性。實踐證明2106巷采用鋼棚+注漿聯合支護過斷層破碎帶時巷道掘進量達5 m/d，比計劃提前3d完成任務，在過斷層破碎帶期間未發生一起人員傷亡、機電設備損壞等安全事故，取得了顯著的經濟安全效益、經濟效益。

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