18105面膠帶順槽應力區支護技術應用

顧喜鵬， 田王健

(1.山西王家嶺煤業有限公司，山西 忻州 036600；2.山西煤炭運銷集團科學技術研究有限公司，山西 太原 030006)

1 概述

山西王家嶺煤業有限公司18105工作面膠帶順槽屬于18105工作面進風巷道，巷道東側為18105綜放工作面，西側是未開采的實體煤柱，北側為井田邊界，南側是集中輔運大巷、集中膠帶大巷和1#集中回風大巷。18107工作面回風順槽東鄰18105工作面膠帶順槽，與18105工作面膠帶順槽平行布置，設計區間煤柱為30 m。

18105工作面膠帶順槽凈寬5 000 mm，凈高3 500 mm，巷道沿4 #煤層底板掘進，預計掘進長度為1 970 m。根據中國煤炭地質總局水文地質工程地質環境地質勘查院編制的《王家嶺礦礦井建井地質報告》可知，4號煤頂底板圍巖情況：偽頂分布于本區的東南角，巖性為炭質泥巖，厚度為0.10 m～0.20 m；直接頂為巖性為砂質泥巖、高嶺質泥巖、粉砂巖及泥巖，厚度為0.6 m～8.5 m；老頂為巖性主要為粗巖、含礫粗砂巖，局部為中細砂巖，厚度為2.50 m～12.75 m。

18105工作面膠帶順槽掘進至760 m處揭露一條F7正斷層，斷層落差為1.7 m，具體參數如圖1所示。受斷層影響，在斷層前后20 m范圍內形成應力失穩區，在應力失穩區內巷道圍巖穩定性差，頂板破碎嚴重且維護困難。

圖1 18105工作面膠帶順槽F7斷層剖面示意圖

2 應力區頂板聯合控制措施應用

王家嶺煤技術人員經過對巷道的實際地質結構進行分析，采用強行破巖的方式經過斷層。為了確保施工人員能夠順利通過斷層，施工人員在斷層的前后15 m內采用“注漿+施工撞楔加長錨桿支護+架設‘π’型工字鋼棚”的支護工藝對破碎頂板進行支護，如第152頁圖2所示。

圖2 18105運輸順槽應力區頂板聯合支護斷面示意圖(mm)

2.1 注漿支護

由于巷道斷層區域頂板壓力大，頂板煤壁的單軸抗壓強度已經無法滿足支護要求，巷道頂板下沉情況比較嚴重，施工人員通過注漿的方式來提高破碎頂板的穩定性[1-3]。

1) 掘進工作面在距離斷層帶20 m處開始對頂部破碎區域的頂板進行打孔注漿，施工人員在每排施工4個孔，鉆孔的設計為孔徑55 mm，孔深為8 m，鉆孔與鉆孔之間的距離為1.2 m，技術人員將鉆孔的位置設計在距離頂板1 m且與水平面的夾角為30°處。

2) 施工人員使用高壓注漿泵將混合液注入鉆孔內，混合液是由馬麗散與催化劑按照相同的比例混合而成。施工人員在給鉆孔注漿的同時要及時觀察鉆孔周圍的煤壁，發現有漿液從鉆孔內滲出時要及時停止注漿并使用黃泥砂漿對滲漿的孔進行封堵，注漿完成后2 h內不得掘進。

3) 當注漿完成2 h后，掘進工作面可以繼續作業，當掘進工作面推進5 m后，施工人員開始對第二排進行鉆孔、注漿，施工工藝與第一排完全相同，但連續兩排的注漿孔在水平方向上需按照2 m進行交錯鉆孔。

2.2 撞楔超前加長錨桿支護

巷道頂板由于破碎比較嚴重，在掘進作業時很容易發生頂板下沉的情況，技術人員采用在掘進巷道頂板安裝撞楔超前加長錨桿支護[4]。

1) 根據18105工作面膠帶順槽的實際尺寸，該支護工藝主要是由多根直徑與長度分別為22 mm、4.5 m的加長錨桿組合而成。

2) 施工人員首先在巷道頂板開一排超前支護鉆孔，鉆孔的深度與直徑分別為4 m及30 mm，鉆孔施工時要確保與巷道工作面垂直，按照設計工藝在每排要打10個鉆孔，相鄰兩個孔之間的距離為0.5 m。

3) 但所有超前支護鉆孔全部施工完畢后，施工人員要依次在每個鉆孔內安裝3支錨固劑及鋼針對鉆孔進行錨固。

4) 當第一排鉆孔施工完畢后工作人員方可繼續向前掘進作業。掘進工作面每掘進1 m時，工作人員要安裝一根鋼帶對頂板進行永久支護，鋼帶及錨桿對超前支護進行錨固時要確保與頂板緊密貼合；掘進工作面每掘進3 m時，工作人員要安裝第二排撞楔超前支護。第二排與第一排要采用交錯疊加的方式進行布置。按照以上工藝依次進行安裝，直至將所有的斷層區域覆蓋。

2.3 架設“π”型工字鋼棚

為了防止頂板繼續下沉，進一步增加頂板的穩定性，技術人員在以上工藝的基礎上在支護下方安裝“π”型工字鋼[5]。

1) “π”型工字鋼主要由以下部件組成：一節“π”型頂梁、四節棚腿及兩個棚腿底座。棚腿是由高強度鋼梁制成，并與滑槽及卡纜連接，棚腿能夠根據巷道的實際長度進行伸縮，棚腿底座是由長度為300 mm的正方形鋼板焊接而成。

2) 施工人員要在安裝“π”型鋼棚巷道下方兩側進行起底作業，起底的尺寸要根據巷道頂板的變形情況而定，完成起底作業后要將棚腿底完全埋入基礎坑內，并將高強度的混凝土灌入坑內。

3) 待棚腿底座安裝完畢后，施工人員在底座上安裝棚腿，棚腿與底座通過高強度螺栓進行連接，同時將卡纜固定在相領兩根棚腿間，為了進一步增加棚腿的穩定性，施工人員采用卡纜在棚腿與巷幫間安裝2根錨桿。

4) 以上工藝完成后，施工人員采用卡纜將“π”型頂梁與棚腿對接。待第一架鋼棚安裝完畢后，施工人員在距離第一架鋼棚架的1 m位置安裝第二架鋼棚，當第二架鋼棚安裝完畢后，施工人員要在兩架鋼棚的頂梁之間鋪設水泥背板，工作人員在水泥背板鋪設完畢后可以調節棚腿升降器來控制頂梁的升降。

3 應用效果

18105工作面膠帶順槽斷層應力區聯合支護后，通過1個月實際應用效果觀察發現，取得了顯著應用成效：

1) 對18105工作面膠帶順槽斷層區域進行注漿支護后，巷道破碎頂板緊緊地膠結在一起，技術人員對膠結的頂板進行巖體單軸抗壓強度測試，頂板的單軸抗壓強度大大提高。

2) 施工人員在斷層帶采用撞楔超前加長錨桿的方式對破碎頂板進行支護后，工作面在繼續推進的過程中頂板未出現下沉現象，有效避免了掘進工作面煤壁的片幫現象。

3) “π”型鋼棚能夠有效地防止頂板下沉，避免斷層帶破碎頂板對工作人員的傷害。通過現場對安裝“π”型鋼棚破碎頂板進行觀察發現，在0 d～9 d范圍內由于掘進工作面繼續推進，頂板下沉現象比較明顯，在9 d～15 d范圍內頂板出現輕微的下沉，在15 d后頂板未出現下沉，整個斷層帶破碎頂板的巖體應力重新達到平衡。

4 結語

王家嶺煤礦18105面膠帶順槽掘進期間在過F7斷層應力區時，采取聯合支護技術后，有效控制了斷層附近裂隙圍巖，提高了圍巖結構穩定性，在斷層應力釋放期間有效防止了圍巖破碎、垮落事故發生，巷道掘進速度提高至6.4 m/d，保證量巷道安全快速掘進，具有顯著應用成效。