巷道應力破碎頂板加強支護技術應用

畢永黔

（山西潞安集團余吾煤業有限責任公司，山西 長治 046100)

巷道掘進時破壞了原巖穩定狀態，通過施工錨桿（索）對圍巖松動圈進行控制，從而達到預防圍巖破碎、變形的目的。當巷道掘進后再次受到應力破壞作用，會造成巷道圍巖穩定性降低，應力在圍巖裂隙巖體產生擴張破壞作用，導致圍巖支護失效，增加了巷道支護難度及費用，且在二次支護過程中很容易發生頂板冒落等事故。對于受應力破壞巷道采取合理有效地加強支護措施，對巷道圍巖控制、巷道成型等具有重要意義[1-5]。本文以余吾煤礦N1206 回風順槽為例，對巷道應力區提出了“注漿+架設T 型雙梁鋼棚”聯合加強支護技術。

1 概述

3#煤層平均厚度為6.34 m，有0.2 m 厚的炭質泥巖偽頂，直接頂主要以砂質泥巖、高嶺質泥巖、粉砂巖及泥巖等混合巖層為主，平均厚度為4.4 m。首采區的中部W103、W203、W303、W402 號孔直接頂為復層結構，層數最多為6 層，為泥巖、砂質泥巖及薄煤層互層，沿層面微細軟弱結構面較為發育，頂板的穩定性較差。基本頂主要以砂質泥巖、高嶺質泥巖為主，局部為泥巖、中粗砂巖，平均厚度為14.5 m。

N1206 回風順槽設計長度為1970 m，巷道凈寬為5500 mm，凈高為3500 mm。巷道沿3#煤層底板進行掘進布置，掘進期間頂板主要采用錨桿（索）、鋼帶、金屬網聯合支護。頂板每排布置6根錨桿，錨桿間排距為1.0 m，錨桿長度2.5 m，直徑22 mm；錨桿外露端安裝一根6 眼孔“M”型鋼帶，鋼帶長度為5.2 m，寬度為0.15 m。頂板每排布置3根錨索，錨索長度為8.0 m，直徑為17.8 mm，錨索間距為2.0 m，排距為3.0 m；每根錨索外露端安裝一根長度為0.8 m、寬度為110 mm 工字鋼梁，并采用鎖具進行預緊。

2 回風順槽支護現狀

N1206 工作面已回采至420 m，432 m 處時的回風順槽側有一條正斷層F5，斷層落差為1.8 m，傾角為55°。受斷層應力、工作面回采超前應力等應力影響，工作面回采至415 m 處時，N1206 回風順槽在應力疊加破壞作用下，巷道頂板出現破碎現象。隨著工作面推進，與F5 斷層距離縮短，應力破壞作用不斷加大。當工作面回采至420 m 處時，N1206 回風順槽頂板及煤壁破碎嚴重，頂板局部區域鋼帶出現破斷，頂板錨桿失效率達9%，巷道頂板下沉量達0.45 m，兩幫收縮量達0.51 m。原巷道頂板支護不能滿足支護需求，嚴重威脅著巷道后期安全高效回采。

3 巷道應力區聯合加強支護技術

為了進一步提高N1206 回風順槽應力區頂板整體穩定性，決定對巷道應力區采取注漿加固及架設T 型雙梁鋼棚聯合支護技術。

3.1 注漿施工

（1）注漿鉆孔及材料。鉆孔布置參數：N1206回風順槽掘進至420 m 處時，對應力區頂板施工注漿鉆孔，每排布置4 個，鉆孔間距為1.0 m，排距為5.0 m，整個應力區巷道頂板共計布置6 排，鉆孔深度為4.0 m，直徑為45 mm，所有鉆孔與巷道頂板夾角為50°，如圖1。注漿材料采用水泥砂漿與水玻璃混合漿液。

（2）注漿施工工序。① 注漿順序為：鉆孔施工→預埋注漿軟管→安裝封孔器→注漿施工。在注漿施工時注漿壓力逐漸增大，最大注漿壓力不得超過1.5 MPa。② 注漿施工設計單孔注漿量為50 kg，單孔注漿時間為15 min，注漿后及時拔出注漿管，對下一鉆孔進行注漿施工。

3.2 架設T 型雙梁鋼棚

N1206 回風順槽應力區段注漿完成后，對應力區巷道架設一排密集T 型雙梁鋼棚。

（1）T 型雙梁鋼棚主要由棚腿、頂梁、底座等部分組成，如圖1。棚腿由一根長度為1.5 m“I”型棚腿和一根長度為2.5 m“T”型棚腿組成，頂梁長度為5.0 m，寬度為0.5 m。

（2）T 型雙梁鋼棚架設順序為：底座→棚腿→頂梁。為了保證鋼棚架設穩定性，棚腿底座與底板之間采用兩根地錨固定。

（3）T 型雙梁鋼棚架設間距為1.5 m，應力區共計架設35 架鋼棚。所有鋼棚架設完成后，相鄰兩架鋼棚棚腿之間采用一組欄桿進行連接。

圖1 N1206 回風順槽應力區頂板聯合加強支護斷面示意圖

4 效果

對N1206 回風順槽應力區段頂板采取“注漿+架設T 型雙梁鋼棚”聯合加強支護技術后，取得了顯著成效：

（1）通過對應力區頂板注漿加固，有效控制了頂板破碎區范圍的擴大，大大提高了破碎頂板整體穩定性，巖體的膠結穩定性得到了提高。注漿后對破碎巖體進行二次重組，破碎巖體抗壓強度提高了1.4 倍。同時，注漿后保證了原頂板錨桿錨注效果，錨桿失效率降低至2%以下。

（2）相比傳統的矩形鋼棚，架設的T 型雙梁鋼棚不僅支護斷面大、支護強度高，而且有效解決了傳統矩形鋼棚支護時對頂板產生的切頂破壞作用等技術難題，提高了頂板支承作用力。應力區架設鋼棚后頂板下沉量降低為0.21 m 以下，兩幫收縮量降低至0.37 m 以下。