富水性頂板條件下巷道安全施工及支護技術研究

宋東明

（山西焦煤霍州煤電公司方山店坪煤礦，山西 呂梁 033100）

1 掘進巷道概況

方山店坪煤礦9-2032工作面位于水源村的西邊，店梁公路的北邊，最低處于白家溝里，標高為+1115m。9-2032巷為回采巷，井下位于830水平北翼左翼，東與830軌道巷相通，西為井田邊境，南與9-205工作面（未掘進）相鄰，北與9-201工作面（未掘進）相鄰，巷道毛寬4600mm，毛高2700mm，毛斷面12.42m2。該巷按照地測科所標定的中線沿8#煤層頂板施工，主要擔負著9-203回采工作面的進料、進風等任務。

8#煤層厚度2m，煤層硬度f為3～4，煤層層理中等發育，煤層頂底板情況見表1。根據830水平軌道巷及9-200工作面掘進資料和附近鉆孔資料分析，該工作面地質構造較簡單，在掘進過程中會有小斷層、裂隙出現。工作面水文地質條件中等，水源主要為L1灰巖含水層水，灰巖水通過巖層裂隙或斷層導水，掘進期間工作面正常涌水量為25m3/h，最大涌水量為60m3/h。

表1 煤層頂底板情況表

2 超前探水

9-2032巷采用EBZ-160型綜掘機沿煤層頂板截割并自行裝煤的施工方法掘進。由于巖體中含有原始結構面，為防止開挖期間頂板水涌入巷道，巷道掘進前，采取超前探水措施。

（1）探水設備。根據地質資料，該巷在掘進過程中水源主要為L1石灰巖含水層水，通過裂隙或斷層導入工作面。巷道使用的探水鉆機型號為：ZLJ-650。

（2）探孔設計。探孔呈扇形布置于煤層中，見圖1。探水孔設計4個，一個中心眼，兩個外斜眼，煤層頂板施工一個孔，編號為1#、2#、3#、4#。1#、2#、3#探水孔布置間距為1.0m，距底板1.3m處，方位為270°、255°、285°，傾角考慮與煤層傾角一致，超前鉆探距離為120m，允許掘進90m，留設30m超前距；4#孔位于煤層頂板上，距頂板0.5m處，方位90°，傾角6°，斜距為121m。觀測探孔無異常后，由地測科下發允許掘進通知單后，方可掘進，掘進90m，停止掘進，組織探水，探水施工工序同上。

圖1 探水鉆孔的主要參數示意圖

（3）探孔技術要求。探放水終孔孔徑一般不得大于75mm，超前水平鉆距不得小于30m，止水套管長度不得小于10m。幫距是指最外側斜孔所控制的范圍，應與超前距相同為30m，由探水隊負責操作，隊組配合進行探放水。探巷期間，若鉆孔有水流出，不準將鉆桿拔出，用木楔將鉆桿與探眼背緊，停止工作，撤出人員，立即匯報調度室。探巷期間及掘進時，發現煤巖松軟、片幫、來壓或鉆孔中的水壓、水量突然增大，以及有頂鉆等異狀時，必須停止鉆進，但不得拔出鉆桿，現場負責人員應立即向礦調度室報告，并派人監測水情。如果發現情況危急時，必須立即撤出所有受水威脅地區的人員，然后采取措施，進行處理。

3 支護設計

3.1 頂板支護

（1）頂錨桿長度的確定

根據加固拱原理設計錨桿長度如下：

式中：

L-錨桿長度，mm；

N-圍巖影響系數，取1.1；

W-巷道跨度，取4600mm；

該巷頂錨桿長度選擇2m。

（2）錨桿間、排距的確定

式中：

d-錨桿間、排距，mm；

L-錨桿長度，mm。

則：d≤0.7×2000=1400mm。

考慮到工作面實際情況，巷道凈寬4400mm，其間距取1400mm，排距取1200mm。

（3）錨桿直徑的確定

因此取錨桿直徑20mm。

綜上所述，頂錨桿選擇Φ20×2000mm的高強錨桿，間距1400mm，排距1200mm。

考慮到巷道頂板有含水層，根據相鄰巷道的礦壓觀察數據及支護經驗，頂板采用高強錨網梁+錨索聯合支護方案，見圖2。錨索在巷道正中布置一根，直徑為Φ15mm，長度為7000mm，排距為4800mm。過構造或頂板破碎時，采用高強錨網梁+錨索復合支護，錨桿排距縮小為1000mm，錨索排距縮小為3600mm。

3.2 巷幫錨桿參數

（1）錨桿長度的確定

巷道兩幫潛在松塌區寬度L1：

式中：

h-巷道掘進高度，取毛高2700mm；

φ-煤層內摩擦角，煤層硬度系數f=3，φ=arctanf=71.56°。

錨桿長度：L=L1+L2+L3=438+330+30=798mm。

式中：

L2-幫錨桿伸出潛在松塌區的額定錨固長度，取330mm；

L3-幫錨桿外露長度，取30mm。

根據理論分析及實際抽取樣品檢查情況，決定幫部上部兩根錨桿長度取 1600mm。

結合現場經驗，錨桿長度選取1500mm圓鋼麻花桿體錨桿，并選用CK3633型樹脂錨固劑一條進行錨固。

（2）錨桿直徑

因此該巷幫錨桿直徑取16mm。

（3）錨桿間、排距的確定

則：d≤0.7×1600=1120mm。

選擇Φ16mm×1600mm的圓鋼麻花桿體錨桿，采用“三、三”布置，間距均取1050mm，排距取1200mm，最上一根幫錨桿距頂板取200mm。

圖2 巷道支護斷面示意圖

4 結論

9-200工作面掘進工程實踐表明，巷道掘進前的超前探水方案保證了掘進安全，采用高強錨網梁+錨索復合支護的巷道，有效控制了頂板下沉量，綜掘工藝減輕了開挖對巷道圍巖整體性的破壞，整個掘進期間巷道無突水現象，該技術方案對類似地質巷道掘進具有較好的參考價值。