破碎頂板巷道掘進(jìn)支護(hù)技術(shù)研究與應(yīng)用

王 亮

（大同煤礦集團(tuán)云岡礦，山西 大同 037000）

1 概況

大同煤礦集團(tuán)云岡礦設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力1.0Mt/a，隨著礦井的開拓延伸，目前井田在12#煤層布置采掘工作面。12#煤層平均厚度為1.52m，含有一層0.3～0.5m厚的夾石，平均傾角2.5°。511回風(fēng)巷位于12#層311盤區(qū)北部，設(shè)計(jì)長(zhǎng)度440m，巷道斷面規(guī)格長(zhǎng)×寬=4.5×3.0m，巷道南部分別布置12#層311軌道巷、311皮帶巷，北部為實(shí)煤區(qū)。511回風(fēng)巷由機(jī)掘三隊(duì)采用綜合機(jī)械化掘進(jìn)，巷道采用錨桿、錨索、W型鋼帶聯(lián)合支護(hù)，已掘進(jìn)210m。

511回風(fēng)巷為半煤巖巷掘進(jìn)，巷道頂板存在偽頂，主要以黑灰色粉細(xì)砂巖互層為主，平均厚度為1.33m，巖層不穩(wěn)定易破碎，直接頂主要以炭質(zhì)泥巖為主，平均厚度為4.09m，巖石成磷狀結(jié)構(gòu)、脆性大。根據(jù)云岡礦地測(cè)科提供511回風(fēng)巷地質(zhì)資料顯示，巷道掘進(jìn)至180～360m段施工巷道分別揭露F3、F4、F5、F6等7條正斷層，斷層平均落差為0.6m，受構(gòu)造應(yīng)力影響511回風(fēng)巷掘進(jìn)至180m處頂板出現(xiàn)破碎現(xiàn)象，巷道在180～210m段頂板支護(hù)效果相對(duì)較差，支護(hù)施工3d后頂板破碎區(qū)域錨桿、錨索失效嚴(yán)重，頂板出現(xiàn)網(wǎng)兜現(xiàn)象嚴(yán)重，局部頂板出現(xiàn)下沉。對(duì)此，合理分析了傳統(tǒng)錨桿、錨索支護(hù)的不足，提出了合理有效的支護(hù)措施，確保巷道安全順利施工。

2 支護(hù)失效原因分析

（1）初步支護(hù)設(shè)計(jì)中511回風(fēng)巷采用錨桿、錨索、W型鋼帶聯(lián)合支護(hù)，每掘進(jìn)1.0m施工巷道頂板施工5根錨桿并配套一根長(zhǎng)度為4.1m“W”型鋼帶，錨桿間距為0.9m，排距為1.0m。當(dāng)頂板出現(xiàn)破碎時(shí)，巖層膠結(jié)穩(wěn)定性差，采用鋼帶、錨桿支護(hù)只能對(duì)巷道頂板巖石層橫向一定范圍內(nèi)（與巷道垂直方向）存在聯(lián)鎖支撐作用，而與巷道走向方向由于相鄰兩根鋼帶無任何聯(lián)鎖支撐作用，所以單一的鋼帶、錨桿對(duì)頂板走向方向巖石支護(hù)效果差，相鄰兩根鋼帶相互獨(dú)立，起不到聯(lián)鎖支護(hù)效果。

（2）錨桿、錨索支護(hù)主要是通過在頂板完整巖石層施工加長(zhǎng)鉆孔，在鉆孔內(nèi)依次填裝錨固樹脂劑、支護(hù)材料并采用鉆機(jī)對(duì)支護(hù)材料進(jìn)行錨固，從而達(dá)到對(duì)一定范圍內(nèi)整體巖石層懸吊作用。此方法對(duì)于破碎頂板巖層整體穩(wěn)定性差，不僅完好鉆孔施工難度大，而且支護(hù)材料錨固后錨固力、拉拔力達(dá)不到預(yù)期效果，一旦頂板巖層內(nèi)部再次出現(xiàn)破碎，頂板支護(hù)很可能出現(xiàn)失效現(xiàn)象。

3 “注漿+圓鋼托架”聯(lián)合支護(hù)

通過分析傳統(tǒng)錨桿、錨索支護(hù)在頂板破碎帶中應(yīng)用存在的不足，明確了通過支護(hù)加強(qiáng)破碎頂板穩(wěn)定性必須滿足兩個(gè)條件：一是進(jìn)一步提高破碎頂板膠結(jié)穩(wěn)定性；二是支護(hù)作用必須保證頂板縱向、橫向巖層具有相互聯(lián)鎖作用。對(duì)此，決定對(duì)511回風(fēng)巷破碎頂板采用“注漿+圓鋼托架”聯(lián)合支護(hù)。

3.1 注漿支護(hù)

注漿支護(hù)主要是在掘進(jìn)工作面指定位置施工一排注漿鉆孔，采用專用高壓注漿泵對(duì)鉆孔內(nèi)注射漿液，通過漿液將破碎巖石粘接在一起，從而達(dá)到提高破碎巖石膠結(jié)穩(wěn)定性目的。

（1）511回風(fēng)巷在過破碎帶期間，注漿鉆孔施工在距工作面頂板1.5m處，每排施工5個(gè)注漿鉆孔，鉆孔間距為1.0m，鉆孔深度為5.0m，鉆孔與工作面成15°仰角布置。

（2）工作面注漿鉆孔施工采用風(fēng)動(dòng)手持式鉆機(jī)、配套鉆桿以及Φ42mm鉆頭。鉆孔施工后必須確保鉆孔壁完好，位于巷道兩幫鉆孔與巷幫成60°夾角布置。

（3）注漿鉆孔施工完后，采用高壓注漿泵向其高壓注射漿液，511回風(fēng)巷注漿液采用瑞米一號(hào)加固劑，注漿液主要成分為聚亞膠脂，注漿壓力不得低于12MPa。

（4）在注漿時(shí)，采用先中間后兩幫逐一單孔注漿順序。單孔注漿時(shí)，發(fā)現(xiàn)煤巖體有漿液滲透，立即停止注漿并及時(shí)封孔，當(dāng)工作面注漿完成且5h后，待頂板破碎巖體完全膠結(jié)穩(wěn)定方可繼續(xù)掘進(jìn)。

3.2 圓鋼托架聯(lián)鎖支護(hù)

圓鋼托架聯(lián)鎖支護(hù)采用特制圓鋼托架將破碎頂板相鄰兩排鋼帶進(jìn)行聯(lián)鎖，當(dāng)一排支護(hù)出現(xiàn)失效或支護(hù)力不足時(shí)，相鄰支護(hù)仍可起到支撐作用。

（1）511回風(fēng)巷注漿完成后進(jìn)行掘進(jìn)時(shí)，當(dāng)頂板空頂距離達(dá)1.0m時(shí)及時(shí)施工錨桿、錨索、W型鋼帶支護(hù)，頂板鋼帶仍采用長(zhǎng)度為4.1m，每根鋼帶配套5根單錨桿，錨桿間距為0.9m，將鋼帶排距縮小至0.8m。

（2）當(dāng)相鄰兩排鋼帶施工完后，在第一根鋼帶的第一根錨栓與第二根鋼帶的第二根錨栓之間安裝一根長(zhǎng)度為1.0m圓鋼托架，在第一根鋼帶的第四根錨栓與第二根鋼帶的第五根錨栓之間同樣安裝一根長(zhǎng)度為1.0m圓鋼托架。圓鋼托架主要由Ф20mm圓鋼制成，在圓鋼兩端分別采用厚度為5mm的扁鐵焊制一個(gè)Ф25mm圓孔。

（3）同樣將第二排鋼帶第二根錨桿、第五根錨桿分別與第三排鋼帶第一根錨桿、第四根錨桿采用圓鋼托架連接，兩組圓鋼托架成邁步式布置，具體如圖1所示。

（4）為進(jìn)一步提高頂板穩(wěn)定性，頂板每排施工三根錨索，錨索間距為1.8m，排距為1.6m，每排錨索下方采用長(zhǎng)度為0.6m的11#工字鋼梁與頂板進(jìn)行預(yù)緊。

圖1 過破碎帶頂板圓鋼托架平面布置示意圖

4 應(yīng)用效果

采用注漿+圓鋼托架聯(lián)合支護(hù)工藝后， 511回風(fēng)巷210～360m頂板破碎帶頂板未出現(xiàn)下沉、破碎以及支護(hù)失效現(xiàn)象，有效提高了破碎帶頂板的整體穩(wěn)定性，提高了巷道掘進(jìn)效率，保證了施工安全和巷道的功能需求，取得了明顯效果。