掘進巷道過陷落柱安全技術措施研究

李 杰

（西山煤電集團屯蘭礦，山西 古交 030206）

1 工程概述

潞安集團屯蘭礦北三膠帶機巷位于北三盤區，巷道以東為北三軌道巷，以西為西翼回風石門，以南為右翼回風石門，東北為西翼膠帶機巷。北三膠帶機巷設計長度為627m，巷道斷面規格為寬×高=4.4×3.0m，巷道從西翼膠帶機巷開口沿4#煤層施工497m后，以+8°坡施工71m見2#煤層，再沿2#煤層施工59m至盤區邊界。4#煤層平均厚度3.0m，直接頂主要以炭質泥巖為主，平均厚度為2.7m，基本頂主要以細砂巖為主，平均厚度為9.7m，截至目前巷道已掘進335m。

根據屯蘭礦地測科提供鉆探資料顯示，北三膠帶機巷掘進至327m處時揭露一條陷落柱X4，在水平面上投影呈橢圓形。陷落柱長軸長為54m，短軸長為28m，短軸與巷道夾角為47°。陷落柱墻體內主要以炭質泥巖、粉砂巖以及煤等混合巖層為主，巖層膠結穩定性差，呈破碎狀，巖體單軸抗壓強度為14.5MPa。X4陷落柱對施工巷道影響長度為46m。

2 過X4陷落柱技術難題

2.1 原巷道支護設計

北三膠帶機巷初步支護設計中巷道采用錨桿、錨索、金屬網、鋼帶聯合支護。

頂板支護：頂板錨桿采用桿體為Ф20mm左旋無縱筋高強度螺紋鋼錨桿，長度2400mm，桿尾螺紋為M24，型號為MSGLW-500/20×2400，每排布置5根，錨桿間距×排距=0.9×1.0m；錨索采用Ф22mm的單根鋼絞線，長度7300mm，型號為：SKP22-1/1720-7.3，每排布置3根錨索，錨索間距×排距=1.8×3.0m；頂板鋼帶采用規格為長×寬×厚=4.2×0.25×0.04m的“W”型鋼帶，每根鋼帶穿插五根錨桿。

幫部支護：護幫錨桿采用桿體為Ф20mm左旋無縱筋高強度螺紋鋼錨桿，長度2000mm，型號為MSGLW-500/20×2000。每根錨桿配套一塊規格為長×寬=0.45×0.25m的鋼帶，巷幫共施工三排護幫，護幫間排距為1.0m。

2.2 存在的技術難題

（1）北三膠帶機巷過陷落柱期間巷道頂板及幫圍巖為陷落柱墻體破碎混合巖體，穩定性差，原巷道護幫錨固端位于破碎巖體內，受構造應力及采動壓力影響，護幫錨桿支護效果較差，易失效。

（2）巷道第一排護幫錨桿與頂板間距為0.5m，頂板端錨桿與巷幫間距為0.4m，巷道頂板與幫之間三角煤柱支護不到位，巷道在過陷落柱期間三角煤柱難以預留，垮落現象會較嚴重。

（3）由于巷道寬度大，過陷落柱期間巷道頂板壓力集中顯現，造成頂板破碎嚴重，下沉量大，原頂板錨桿、錨索以及W型鋼帶維護時支護斷面小，對破碎頂板維護效果差，通過對前期巷道過陷落柱頂板觀察發現，頂板錨桿失效嚴重，鋼帶受壓出現斷裂，鋼帶與鋼帶之間頂板出現網兜、冒落現象等。

3 優化聯合支護

為了保證施工巷道安全快速過X4陷落柱，提高巷道圍巖穩定性，決定采用“注漿+架設L型鋼棚+安裝多筋加粗梯子梁”等聯合支護措施進行維護。

3.1 注漿支護

（1）施工巷道掘進至335m處時在工作面施工一排注漿鉆孔，其中頂板注漿孔3個，距頂板間距為1.0m，鉆孔間距為1.5m，鉆孔深度為5.0m，且與頂板呈30°仰角布置；兩邊巷幫各布置1個，距巷幫間距為0.5m，鉆孔深度為5.0m，與巷幫呈30°夾角布置。

（2）鉆孔施工完后采用高壓注漿泵依次向鉆孔內注射馬麗散混合液，注漿壓力不得低于1.5MPa，注漿期間發現煤體有漿液滲出時立即停止注漿，并對鉆孔進行封堵處理。

（3）第一鉆孔注漿完成后，巷道掘進3.0m時施工第二排注漿鉆孔并進行注漿工序，相鄰兩排注漿孔疊加距離為0.8m，依次類推直至巷道完全過陷落柱。

3.2 架設“L”型鋼棚

（1）北三膠帶機巷掘進至335m處，在巷道兩幫架設“L”型工字鋼棚。鋼棚主要由棚腿、頂梁及底座組成，棚腿長度為3.0m，頂梁長度為1.5m，頂梁中部焊制一個直徑為30mm圓孔。巷道每掘進1.0m架設兩架“L”型鋼棚。

（2）首先在架設鋼棚位置將棚腿底座固定在堅硬底板上，且采用反麻花式地錨將其固定。底座固定后將棚腿與底座采用連接螺栓進行固定，在巷幫施工兩根長度為1.0m錨桿并采用抱箍將棚腿與巷幫固定。

（3）棚腿固定后在頂板設計位置施工一根長度為2.0m左旋無縱筋螺紋鋼錨桿，將頂梁穿插在錨桿上并采用鋼方墊及螺母將其與頂板預緊固定，預緊力不得低于200N·m。頂梁與頂板固定后采用卡纜將頂梁與棚腿固定連接。

3.3 安裝多筋加粗梯子梁

（1）北三膠帶機巷過陷落柱期間頂板施工的多筋加粗梯子梁主要由6根長度為4.2m、直徑為20mm圓鋼，3根長度為8.3m高預應力鋼絞線，3塊長度為0.5m、寬度為0.28m“JW”型鋼帶，4根夾板以及若干根圓鋼托架組成，如圖1所示。

（2）當施工巷道過陷落柱期間巷道頂板每施工兩排永久支護后，在相鄰兩排永久支護中間施工一組多筋加粗梯子梁，梯子梁間距為1.0m，相鄰兩組梯子梁之間采用兩根長度為0.8m圓鋼托架進行連接。

（3）首先在巷道頂板施工三根錨索，錨索間距為1.5m。將6根圓鋼采用夾板進行固定形成梯子梁，圓鋼間間距為0.08m，固定后梯子梁總寬度為0.5m。

（4）將梯子梁穿插在頂板錨索上并及時安裝“JW”型鋼帶，采用鋼方墊及鎖具對其預緊，預緊力不得低于233kN。

圖1 北三膠帶機巷破碎頂板支護平面示意圖

4 應用效果

北三膠帶機巷在過X4陷落柱時通過技術研究，采用“注漿+架設L型鋼棚+安裝多筋加粗梯子梁”等聯合支護措施對破碎頂板及巷幫進行維護，實際應用中取得了顯著效果。

（1）采用注漿支護后大大提高了陷落柱附近煤巖體膠結穩定性及承載能力。通過觀察發現，注漿后破碎煤巖體單軸抗壓強度由原來的17.6MPa提高至54.2MPa，保證了錨桿錨固強度，注漿后錨桿抗拉拔力提高至103kN。

（2）通過施工“L”型鋼棚對巷道頂板與巷幫之間的三角煤柱進行維護，解決了因錨桿支護強度低、支護不到位，造成三角煤柱維護難度大、局部垮落等技術難題。北三膠帶機巷過X4陷落柱期間共計施工39組“L”型鋼棚，在施工鋼棚處三角煤柱未發現破碎、垮落現象。

（3）北三膠帶機巷頂板施工多筋加粗梯子梁，彌補了頂板鋼帶支護強度低、支護面積小的不足，加大了頂板支護面積，有效防止了破碎頂板下沉、離層、局部冒頂等現象。施工多筋梯子梁后，提高了頂板平整性，頂板最大下沉量僅為0.10m，未出現大面積破碎、網兜等現象。