巷道冒頂區(qū)加固技術(shù)方案研究應(yīng)用

金 蒙

（潞安集團(tuán)高河能源有限公司，山西 長治 047100）

1 概述

潞安集團(tuán)高河能源有限公司南翼西回風(fēng)大巷位于礦井南部，設(shè)計長度5600m，南西回與南輔聯(lián)巷設(shè)計長度50m（平距），南西回與南東回聯(lián)巷設(shè)計長度200m（平距）。巷道斷面規(guī)格為寬×高=5.7×4.15m，巷道掘進(jìn)煤層為3#煤層，平均厚度為6.5m。煤層頂板為1.1m 泥巖偽頂，直接頂為1.2m粉砂巖—細(xì)砂巖，基本頂為17m 的細(xì)砂巖。

南翼西回風(fēng)大巷在3115m 發(fā)生一處冒頂，頂板冒落長度約8m，最大寬度約4m，最大高度約5m，冒落石方約150m3，錨桿錨索破斷，托盤外翻，金屬網(wǎng)破裂，未冒處頂板懸頂。通過分析，制定了冒頂區(qū)加固技術(shù)方案。

2 冒頂區(qū)加固方案研究

2.1 冒頂區(qū)圍巖觀察

為了提高冒頂區(qū)圍巖加固效果，掌握冒頂區(qū)圍巖穩(wěn)定情況，南翼西回風(fēng)大巷冒頂區(qū)在加固前，首先對冒頂區(qū)圍巖施工窺視孔，并對圍巖裂隙發(fā)育情況進(jìn)行觀察。

（1）在冒落區(qū)南北兩側(cè)各布置了 3 個鉆孔，鉆孔深度為15m，直徑為40mm。第一個鉆孔布置在距冒落區(qū)45m 處，同一側(cè)相鄰兩個鉆孔布置間距為15m，鉆孔垂直頂板布置。

（2）鉆孔施工完后采用KDVJ-400 全景式鉆孔電子窺視儀對鉆孔壁圍巖情況進(jìn)行觀察，并進(jìn)行記錄。

通過對6 個鉆孔孔壁成像情況進(jìn)行觀察發(fā)現(xiàn)，在鉆孔孔口往上0～1.9m 范圍內(nèi)圍巖極其破碎，大量離層，喪失完整性；1.9～4.0m 范圍內(nèi)圍巖破碎，離層，完整性差；6.4～6.9m 存在縱向裂隙；在6.9～12.7m 范圍內(nèi)圍巖局部裂隙發(fā)育，存在煤線；12.7～15.0m，圍巖完整。

2.2 冒頂區(qū)加固設(shè)想

（1）通過事先架設(shè)單體柱、木棚可以對冒頂區(qū)附近圍巖起到初步支撐作用，提高主動承載能力，避免冒頂范圍進(jìn)一步擴(kuò)大。

（2）采取初步架棚后，雖然有效遏制了冒頂范圍進(jìn)一步擴(kuò)大，但是巖體內(nèi)部破碎嚴(yán)重，圍巖不穩(wěn)定，失去承載能力，需要通過高預(yù)應(yīng)力錨索進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù)。

（3）通過高預(yù)應(yīng)力錨索支護(hù)，頂板有了一定的懸吊基礎(chǔ)，提高了抗拉強(qiáng)度。在此基礎(chǔ)上注漿施工可將冒頂區(qū)附近裂隙、離層巖體進(jìn)行粘接，使不穩(wěn)定巖體重新進(jìn)行組合，構(gòu)成完整的巖體結(jié)構(gòu)，形成連續(xù)穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)體，從而提高支護(hù)效果，提高圍巖的穩(wěn)定性。

3 冒頂區(qū)加固技術(shù)措施應(yīng)用

3.1 冒頂區(qū)附近圍巖加固技術(shù)

3.1.1 架棚施工

（1）為了提高冒頂區(qū)附近圍巖穩(wěn)定性，決定在冒頂區(qū)南北兩側(cè)各20m 范圍內(nèi)架設(shè)單體柱π 型梁棚和單體木柱棚進(jìn)行支護(hù)。

（2）單體柱π 型梁棚架設(shè)間距為1.0m，單體木柱棚架設(shè)間距為2.0m，且交錯布置。在南北兩側(cè)接近冒頂區(qū)5.0m 范圍內(nèi)，架設(shè)2 排木垛進(jìn)行鎖口。如圖1 所示。

圖1 南翼西回風(fēng)大巷冒頂區(qū)南北兩側(cè)架棚施工平面示意圖

3.1.2 高預(yù)應(yīng)力錨索施工

頂板采取初步架棚后，巖體內(nèi)部破碎和圍巖層級不穩(wěn)定性未得到有效控制，需要通過高預(yù)應(yīng)力錨索進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù)。

（1）高預(yù)應(yīng)力錨索采用長度為10m、直徑為22mm 預(yù)應(yīng)力錨索，錨索設(shè)計破斷力550kN，延伸率為5%，錨索配套規(guī)格為長×寬=0.3×0.3m 拱形墊片。

（2）高預(yù)應(yīng)力錨索采用“四.三.四”布置方式，錨索間距為1.6m，排距為1.8m。錨索在安裝過程中外端套裝注漿附件推入鉆孔內(nèi)，并將注漿管從錨索托盤中引出，采用鎖具對錨索預(yù)緊。

3.1.3 注水泥漿

（1）首先采用MQT120 錨桿（錨索）鉆機(jī)配套直徑為36mm 合金鉆頭以及六棱鉆桿聯(lián)合進(jìn)行鉆孔施工，鉆孔深度為7.0m。每排布置3 個鉆孔，鉆孔排距為2.0m，間距為1.6m，鉆孔距幫為0.85m。

（2）鉆孔施工完后對孔內(nèi)安裝注漿管，與水泥固定孔口注漿管進(jìn)行連接且進(jìn)行封孔處理。然后對鉆孔內(nèi)高壓注入水泥漿，水泥漿采用水泥、水玻璃以及XPM 添加劑混合液，水灰比為0.6:1。

（3）注漿施工時采用全長一次性注漿，注漿壓力為 3～5MPa。注漿過程中發(fā)現(xiàn)漏漿時必須堵漏或壓水后復(fù)注，漏漿嚴(yán)重導(dǎo)致停注的區(qū)域應(yīng)補(bǔ)打注漿孔。

3.2 冒頂區(qū)加固技術(shù)

冒落區(qū)南北兩側(cè)頂板加固后，依次按順序拆除木垛，并在冒頂區(qū)北側(cè)安裝一部耙矸機(jī)出矸。待矸石全部出盡后，對冒落區(qū)施工高預(yù)應(yīng)力錨索并架設(shè)工字鋼棚并進(jìn)行填充施工。

3.2.1 施工高預(yù)應(yīng)力錨索

（1）將矸石堆頂部攤平后搭設(shè)腳手架，施工高預(yù)應(yīng)力錨索。錨索長度為6.3m，直徑為22mm，錨索抗拉強(qiáng)度為1860MPa，延伸率不小于5%。

（2）頂板每排布置5 根錨索，錨索間距為1.6m，排距為1.5m，錨索與頂板巖面垂直布置，錨索距原巷道設(shè)計頂板位置最小間距為0.8m。如圖2 所示。

（3）高預(yù)應(yīng)力錨索補(bǔ)打完成后，在錨索外露端依次安裝鋼筋網(wǎng)、托盤并采用鎖具進(jìn)行預(yù)緊，預(yù)緊力不低于300kN。鋼筋網(wǎng)采用直徑為6.5mm 圓鋼焊接而成，網(wǎng)規(guī)格為長×寬=3.2×1.6m。

3.2.2 架棚填充施工

（1）架棚采用11#礦用工字鋼，鋼棚頂梁長度為5.5m，棚腿長度為4.5m，棚腿與頂梁成80°夾角，鋼棚頂梁位置為原巷道設(shè)計頂板位置，鋼棚架設(shè)間距為0.8m。鋼棚架設(shè)完成后棚腿與幫、頂梁與頂板之間分別采用半圓木、道木背實絞緊。如圖2 所示。

圖2 南翼西回風(fēng)大巷冒頂區(qū)架棚填充施工平面示意圖

（2）同一架鋼棚兩根棚腿與頂梁之間采用一根長度為1.4m 斜撐連接，并對棚腿進(jìn)行澆筑固定，澆筑高度不得低于0.15m。在相鄰兩架鋼棚之間采用一組拉桿進(jìn)行連接固定。

3.2.3 頂板噴漿

（1）在對冒頂區(qū)加固完畢后，采用噴射混凝土對冒頂區(qū)圍巖裂隙進(jìn)行封閉處理。混凝土噴射厚度為50mm，混凝土強(qiáng)度等級為C25。

（2）混凝土配比為水泥:砂子:石子=1:2:2。水泥采用型號為P.O 42.5MPa 普通硅酸鹽水泥，砂子為顆粒徑為0.5～2mm 中砂子。混凝土在攪拌時加入少量的速凝劑，摻入量為水泥的2.5%～5%。

4 結(jié)束語

南翼西回風(fēng)大巷冒頂區(qū)加固完成后，通過對加固后冒頂區(qū)圍巖進(jìn)行45d 觀察發(fā)現(xiàn)：在0～10d 范圍內(nèi)由于圍巖應(yīng)力處于不穩(wěn)定狀態(tài)，圍巖塑性變形相對嚴(yán)重，在冒頂區(qū)及附近出現(xiàn)局部下沉現(xiàn)象，最大下沉量為0.18m；在10～30d 范圍內(nèi)集中應(yīng)力對頂板垂直破壞作用減弱，頂板最大下沉量為0.08m；在30～45d 范圍內(nèi)頂板趨于穩(wěn)定。采取加固措施后，后期未發(fā)生頂板冒頂現(xiàn)象，保證了煤礦安全生產(chǎn)。