掘進(jìn)巷道頂板高冒區(qū)聯(lián)合支護(hù)工藝實(shí)踐

張明亮

（山西新元煤炭有限責(zé)任公司，山西 陽泉 045400）

1 概述

山西新元煤炭有限責(zé)任公司3412回風(fēng)巷位于位于一水平四采區(qū)，巷道西鄰3411工作面，南接西輔助運(yùn)輸大巷、東靠3413工作面，北抵新元礦礦界（相鄰開元礦）。

3412回風(fēng)巷設(shè)計(jì)長度為1950 m，巷道斷面為4.2 m×3.1m，巷道從西輔運(yùn)大巷開口沿3#煤層頂?shù)装迤叫芯蜻M(jìn)，巷道偽頂平均厚度為0.2 m，以炭質(zhì)泥巖為主；直接頂以砂質(zhì)泥巖為主，平均厚度為3.7m；基本頂以中砂巖為主，平均厚度為9.34 m，截至目前巷道已掘進(jìn)755 m。

根據(jù)新元礦地測科提供資料顯示，3412回風(fēng)巷掘進(jìn)至758m處時(shí)揭露一條正斷層F9，斷層落差為1.5m，傾角為55°，受構(gòu)造應(yīng)力影響巷道掘進(jìn)至747 m處時(shí)頂板開始出現(xiàn)局部破碎現(xiàn)象，隨著巷道不斷延伸，頂板應(yīng)力逐漸加大，當(dāng)巷道掘進(jìn)至748 m處時(shí)頂板出現(xiàn)漏頂現(xiàn)象，頂板局部形成高冒區(qū)，冒落高度達(dá)2.7 m，冒落區(qū)成半球形，冒落區(qū)直徑達(dá)3.0 m。

2 頂板高冒區(qū)初步支護(hù)設(shè)計(jì)及問題分析

1）綜掘三隊(duì)對(duì)3412回風(fēng)巷頂板高冒區(qū)初步采用錨桿、錨索支護(hù)，但是由于由于3412回風(fēng)巷頂板冒落高度大，且冒落區(qū)巖層主要為砂質(zhì)泥巖，該巖石普氏系數(shù)f=3.0，巖石硬度小，脆性大，易破碎，在處理冒落區(qū)錨桿、錨索永久支護(hù)時(shí)維護(hù)需搭工作盤，施工難度及安全隱患大。

2）高冒區(qū)永久支護(hù)施工完后，在巷道掘進(jìn)5.0 m后受采動(dòng)壓力及上覆巖層壓力影響，高冒區(qū)出現(xiàn)嚴(yán)重變形現(xiàn)象，頂板下沉量達(dá)0.55 m，隨著巷道不斷延伸高冒區(qū)邊緣出現(xiàn)嚴(yán)重破碎現(xiàn)象，高冒區(qū)范圍不斷擴(kuò)大。

3）由于高冒區(qū)僅采用單一錨桿、錨索進(jìn)行維護(hù)，未采取其它填充措施 ，高冒區(qū)內(nèi)通風(fēng)不暢，使高冒區(qū)出現(xiàn)瓦斯積聚現(xiàn)象，通過檢測發(fā)現(xiàn)，高冒區(qū)內(nèi)采用錨桿、錨索支護(hù)后第一天瓦斯?jié)舛葹?.65%,第二天瓦斯?jié)舛冗_(dá)1.3%，在五天檢測時(shí)瓦斯?jié)舛雀哌_(dá)3.2%且向巷道涌出，嚴(yán)重威脅著巷道施工安全。

3 頂板高冒區(qū)聯(lián)合支護(hù)措施研究

為了提高巷道頂板穩(wěn)定性，避免破碎頂板垮落事故發(fā)生，新元煤礦綜掘三隊(duì)通過技術(shù)研究，決定對(duì)3412回風(fēng)巷頂板高冒區(qū)采區(qū)“人工假頂+注漿+架棚”等聯(lián)合支護(hù)措施進(jìn)行維護(hù)，見圖1。

圖1 3412回風(fēng)巷高冒區(qū)聯(lián)合支護(hù)斷面及局部剖面

3.1 人工假頂施工

（1）首先沿巷道掘進(jìn)方向在高冒區(qū)兩側(cè)各施工一架錨索吊棚，錨索吊棚距高冒區(qū)邊緣間距為1.5 m，每架錨索吊棚主要由一根長度為4.2 m工字鋼梁及三根長度為8.0m，直徑為21.6 mm高預(yù)應(yīng)力鋼絞線組成，錨索吊棚施工后確保錨索梁與頂板保持間距為0.5 m。

（2）待兩架錨索吊棚施工完后對(duì)兩根錨索梁水平度進(jìn)行調(diào)整，確保兩根鋼梁在同一水平面上，鋼梁調(diào)平后在其上方依次鋪設(shè)5根長度7.0m工字鋼縱梁，縱梁與錨索吊棚垂直布置且采用卡纜進(jìn)行固定，縱梁間距為1.0 m。

（3）為防止注漿時(shí)出現(xiàn)漏漿，縱梁鋪設(shè)完后在其上方依次鋪設(shè)金屬網(wǎng)、風(fēng)帶，金屬網(wǎng)規(guī)格為長×寬=6.0 m×2.4m，金屬網(wǎng)與縱梁之間采用8#鉛絲進(jìn)行三花捆綁。

（4）金屬網(wǎng)及風(fēng)帶鋪設(shè)完成后在其上方依次鋪設(shè)多層半圓木，半圓木長度為3.0 m，第一層共布設(shè)6根半圓木且與縱梁垂直布置，間距為0.6 m；第二層半圓木與第一層垂直且成“井”型布置，依次類推直至道木與漏頂區(qū)域頂板接觸嚴(yán)實(shí)。

（5）所有道木鋪設(shè)完后采用型號(hào)為MQ22氣動(dòng)錨索張拉器具對(duì)錨索吊棚進(jìn)行預(yù)緊。

3.2 注漿施工

為了進(jìn)一步提高高冒區(qū)圍巖穩(wěn)定性，同時(shí)防止假頂區(qū)域出現(xiàn)瓦斯集聚現(xiàn)象，新元礦決定對(duì)假頂區(qū)域進(jìn)行注漿填充。

首先在距高冒區(qū)邊緣1.0m處施工5個(gè)注漿鉆孔，鉆孔垂直頂板布置，鉆孔直徑為42 mm，深度為5.0 m。

采用高壓注漿泵依次向鉆孔內(nèi)注射馬麗散粘劑，注漿期間發(fā)現(xiàn)鉆孔附近煤體出現(xiàn)漿液滲透時(shí)立即停止注漿，并及時(shí)封孔。

待高冒區(qū)圍巖注漿2 h后，采用氣動(dòng)專用注漿泵向假頂內(nèi)間隙注射羅克休膨脹劑，膨脹劑主要由樹脂與催化劑兩種成份組成且配比為4∶1。

在注射羅克休膨脹劑時(shí)施工人員應(yīng)站在上風(fēng)側(cè)，將注漿軟管從假頂側(cè)面深入高冒區(qū)頂部，注漿壓力控制在0.4～0.7 MPa之間。

3.3 架棚施工

為了進(jìn)一步提高人工假頂穩(wěn)定性，待假頂及注漿施工完后在假頂區(qū)下方架設(shè)密集矩形工字鋼棚。

（1）工字鋼棚主要由兩節(jié)棚腿、一節(jié)頂梁以及兩個(gè)棚腿底座組成，棚腿長度為2.8 m，頂梁長度為4.0m，工字鋼棚架設(shè)間距為1.0 m。

（2）為了防止倒棚事故發(fā)生，在安裝棚腿底座前對(duì)安裝地點(diǎn)進(jìn)行起底澆筑，確保底座安裝牢固，底座安裝后將棚腿與底座采用連接螺栓固定，每節(jié)棚腿與巷幫采用錨桿錨固。

（3）待棚腿安裝后將頂梁與兩節(jié)棚腿采用卡纜固定并進(jìn)行預(yù)緊，預(yù)緊力不得低于200N·m，為了提高鋼棚之間聯(lián)鎖保護(hù)作用，在相鄰兩架鋼棚之間采用五組拉桿進(jìn)行固定，其中棚腿各兩組成交錯(cuò)式布置，頂梁一組。

（4）所有鋼棚架設(shè)完后在鋼棚頂梁與假頂縱梁之間間隙處填塞水泥背板，確保鋼棚與假頂之間接觸嚴(yán)實(shí)。

4 應(yīng)用效果分析

1）3412回風(fēng)巷頂板高冒區(qū)采區(qū)“人工假頂+注漿+架棚”等聯(lián)合支護(hù)措施進(jìn)行維護(hù)，通過后期3個(gè)月觀察發(fā)現(xiàn)，由于在第一個(gè)月內(nèi)頂板高冒區(qū)受采動(dòng)壓力及重力影響，巷道頂板出現(xiàn)塑性變形且注漿區(qū)域壓力穩(wěn)定平衡，假頂區(qū)出現(xiàn)變形現(xiàn)象，最大下沉量為0.17 m，在后兩個(gè)月內(nèi)頂板應(yīng)力得到平衡未發(fā)生變形現(xiàn)象。

2）采用注射馬麗散粘劑對(duì)高冒區(qū)邊緣破碎巖體進(jìn)行粘合作用，提高了破碎巖體膠結(jié)穩(wěn)定性及整體耦合性，使破碎巖體單軸抗壓強(qiáng)度提高至19.2 MPa，有效防止了高冒區(qū)范圍不斷擴(kuò)大。

3）采用洛克修膨脹劑高冒區(qū)人工假頂處間隙進(jìn)行填充，不僅提高了假頂對(duì)冒落區(qū)頂板支護(hù)作用，而且有效解決了傳統(tǒng)錨桿支護(hù)時(shí)冒落區(qū)易形成窩風(fēng)區(qū)，瓦斯積聚的問題，在后期掘進(jìn)期間，高冒區(qū)瓦斯?jié)舛纫恢痹?.2%以下。

5 結(jié)語

山西新元煤炭有限責(zé)任公司綜掘三隊(duì)通過技術(shù)研究，對(duì)3412回風(fēng)巷頂板高冒區(qū)頂板采取“人工假頂+注漿+架棚”等聯(lián)合支護(hù)措施，有效控制了高冒區(qū)變形及范圍的擴(kuò)大，提高了頂板穩(wěn)定性，避免了高冒區(qū)瓦斯積聚，保證了巷道安全快速掘進(jìn)，取得顯著成效。