石門巷道大范圍冒落區人工造頂技術施工工藝

摘要：開灤錢家營礦-850石門巷道在揭煤施工中出現瓦斯壓力異常現象，迎頭形成巨大冒落區，可探測空間高度超過10m，工程嚴重受阻，通過采取人工造頂技術，安全穿過冒落區。

關鍵詞：冒落區;石門巷道;人工造頂

一、工程概況

錢家營-850石門巷道設計凈規格4.8m×3.4m（寬×高），設計工程量1491m，支護方式為錨噴支護，遇煤層或構造帶時支護方式改為錨網噴加雙趟錨索聯合支護。巷道掘進870m處時，礦壓顯現明顯，斷面收斂率日達2-5%，一周內變形可達6-8%，且在加固8m錨索時錨孔見煤、坍孔嚴重且打不到穩定巖層。隨后巷道掘進迎頭出現瓦斯壓力異常、涌出松散煤巖體近500t，坍冒形成1000m3左右空洞，施工中斷達兩年。

二、冒落區探測

采用瞬變電磁探測發現：巷道迎頭前方有兩處低阻區域，區域內巖層視電阻率值較之周圍巖層相對較低，推斷可能為地層差異;在巷道正前方約70m處上方，存在一異常區，其視電阻率較之周圍圍巖低，推斷可能為冒落空硐。

采用YZT--Ⅱ型巖層探測儀進行鉆孔窺視勘察發現：巷道圍巖可窺視范圍最大破壞深度為8.6～12m。

采用應力解除法在-850石門巷道鉆場區域測定結果表明：-850水平原巖應力場主應力接近水平方向，最大主應力為水平主應力бhmax，方位平均138.85°，最小水平主應力бhmin，方位平均為230.55°，бhmax/бhmin比值平均為2.43，可見-850石門巷道受水平應力方向性影響明顯。實測原巖應力場垂直應力為20.38MPa，垂直應力是導致巷道兩幫破壞的主要因素。

三、冒落區對策分析

針對-850石門巷道瓦斯壓力較大、圍巖破碎流變特性，結合國內技術經驗[1-3]，分析對策如下：

（一）多導孔置換高位瓦斯。在冒落區開大直徑鉆孔，以強力通風、噴水和噴漿液稀釋置換瓦斯。

（二）高強水泥固化巷道圍巖。在冒落區周圍采用高強水泥固化圍巖體，通過超前鉆孔注漿，達到驅逐毒害氣體和圍巖固結目的。

（三）松散巖體內造頂。在松散巖體內通過二次注漿，安設多層次、多角度注漿錨桿，通過低壓力、多時段反復注漿，實施松散巖體內造頂技術。

（四）分布式注漿成巷。在固化松散體的基礎上，以小斷面、小塊體掘進，每個小塊體及時注漿自固，形成小斷面板塊到大斷面的疊加，最終成巷。

（五）大底板塊支護結構。針對石門巷道高地壓、大冒落和非對稱壓力的特點，采取特大不封閉澆筑板塊（使非對稱應力有釋放空間），以阻止水平應力對支護的破壞。

四、施工工藝

結合-850石門巷道生產、地質條件，采用大冒落區立體置換人工造頂技術對巷道進行加固處理。整體施工流程為：采取鉆孔輸送新鮮空氣、置換高濃度瓦斯→液體壓逸、即瓦斯濃度稀釋后通過鉆孔噴射高壓水、沖洗煤塵，進一步降低空洞瓦斯濃度和溫度→松散體固結、通過鉆孔噴水泥漿固結冒落巖石→噴射混凝土、充填冒落空間和固結頂板。施工過程中堅持“抗讓”結合、及時泄壓、適時補強等原則，通過多層次、多時段注漿固結，人工造頂，同時重視支護工藝，確保安全施工和有效的支護。

（一）瓦斯置換

以兩米為一循環，漸進施工。每循環斷面布置兩個進風孔、五個排氣孔，規格Φ80～160㎜×3000～5000㎜。超前冒落點10米布置探孔，探清空洞位置和瓦斯狀況后向空洞內立體置換。每排由巷頂布置進風孔、排氣孔，在排氣孔內設6分的壓風軟管，控壓控速情況下向空洞漸進壓風，實時監測排氣孔、巷道內瓦斯濃度，確保不超限、循序供風。排氣孔瓦斯濃度低于1%情況下，采用Ф90mm噴漿軟管通過排氣孔噴水、每次10分鐘，降低空洞內溫度和粉塵。同樣手段通過排氣孔噴水泥漿，每孔噴0.5m3左右，根據實際調控，封閉空洞內巖壁，切斷瓦斯涌出途徑。通過排氣孔向空洞內噴射混凝土，以噴滿為原則，封閉正頂以外的所有鉆孔。進行注漿，漿液從正頂孔外溢后停止，封閉正頂孔。再次加壓注漿1～1.5m3，適時停止注漿。

（二）人工造頂

利用超前注漿錨桿固化松散巖體，錨桿間排距300×300㎜，其中傾角6°和傾角45°間隔布置，超前錨桿規格為Φ24×2200㎜。以注漿量控制每個孔，每孔不超過1m3，溢漿即停。注漿漿液水灰比為0.5～0.6：1。注漿壓力控制在1.5Mpa以下。

松散巖體下人工造頂。噴層按承載10米以上的圍巖松散體設計，噴層厚度設計為330㎜，實際控制340㎜。四層次噴層，一層次噴厚80㎜、二層次噴厚100㎜、三層次噴厚100㎜、四層次噴厚60㎜。噴層置入雙層次鋼絲繩和一層次鋼筋網，確保噴層支護強度和韌度。

（三）支護設計

根據-850主石門使用功能，巷道采用半圓拱形，設計毛斷面6.6m×5.2m（寬×高）=27.45㎡，凈斷面5.6m×4.7m（寬×高）=20.15㎡。同時采取預控注漿、三錨四噴層、地腳泄壓支護進行強化。

巷道支護錨桿規格為Φ22×2400㎜高強錨桿，間排距800×800㎜。錨桿分三個層次置入混凝土噴層中：第一層次錨桿置入一噴層后、第二層錨桿次置入二噴層后、三層次錨桿置入三噴層后。

（四）泄壓槽設計

設計采用泄壓槽支護結構阻斷應力傳遞。泄壓槽設計在巷道兩幫地腳，水溝側1600×1000㎜（寬×深）;無水溝側1200×800㎜（寬×深）。采取Φ24×2200㎜注漿錨桿，底板注漿，然后混凝土澆筑構筑板塊底。底開挖后即注漿，普氏系數4以下巖石3～5d澆筑，普氏系數4以上巖石5～10d澆筑。

（五）注漿錨桿設計

第三層次噴漿后實施注漿巷道主支護。注漿錨桿規格Φ24×2200㎜（底部注漿錨桿長1600㎜），間排距1400×1400㎜。注漿孔深度：頂板3000㎜、幫部2600㎜、底板2000㎜。第一層次注漿時長20～30天，第二層次注漿時長6個月左右，如果巖性變化即進行二層次注漿。人工造頂施工效果見圖1。

五、人工造頂施工效果

通過采用人工造頂技術，-850石門巷道施工86m順利通過冒落區、成功揭煤，目前已竣工20多個月，監測兩幫移進量最大為42㎜、底板移進量最大83㎜、兩幫移進量小于0.6%、底板移進量小于2%，滿足使用要求，目前該巷道基本穩定。

六、結論

（一）錢家營煤礦-850石門巷道瓦斯壓力大、圍巖破碎嚴重、水平應力影響明顯，掘進過程中易發生大面積冒頂災害。（二）采用人工造頂技術，施工瓦斯置換、人工造頂、支護設計、泄壓槽設計、注漿錨桿設計工藝后，-850石門巷道正常施工86m，安全通過冒落區。

參考文獻：

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[3]宗義江，韓立軍，黃小忠，等.高承壓水作用下突水巷道注漿恢復與支護技術[J].采礦與安全工程學報，2016，33（6）：992-998.

作者簡介：

劉金廣（1973-），男，河南南陽人，碩士研究生，高級工程師，主要從事煤礦巷道掘進的設計和施工管理工作。