掘進(jìn)巷道過(guò)斷層支護(hù)工藝優(yōu)化

趙鴻亮，黨 其

（1.晉能控股煤業(yè)集團(tuán)恒泰皇后煤礦，山西 陽(yáng)泉 045100；2.山西煤炭運(yùn)銷(xiāo)集團(tuán)科學(xué)技術(shù)研究有限公司，山西 太原 030006）

煤層中存在斷層會(huì)導(dǎo)致煤巖層的整體性遭到破壞，巖層面的穩(wěn)定性下降等問(wèn)題。在掘進(jìn)工作面推進(jìn)到斷層附近時(shí)，斷層附近巖層穩(wěn)定性下降，使得斷層上下盤(pán)附近的煤壁在構(gòu)造應(yīng)力、原巖應(yīng)力及重力的作用下出現(xiàn)頂板冒落、底板鼓起、煤壁垮落、頂板下沉現(xiàn)象。如采用傳統(tǒng)的單一錨桿支護(hù)方式已經(jīng)不能滿足支護(hù)要求，斷層附近的煤壁破壞現(xiàn)象仍然嚴(yán)重，支護(hù)效果差則常表現(xiàn)在錨桿錨固不可靠、錨桿對(duì)破碎煤壁不起作用上。隨著工作面的繼續(xù)推進(jìn)，斷層帶附近的壓力繼續(xù)增大，當(dāng)頂板巖層等巖石開(kāi)裂嚴(yán)重且支護(hù)無(wú)法滿足支撐要求時(shí)，就會(huì)導(dǎo)致掘進(jìn)工作面出現(xiàn)頂板呈層狀破碎，而且還會(huì)向工作面頂板底板的深處延伸，最終造成工作面大面積塌方。

1 工作面概述

晉能控股煤業(yè)集團(tuán)恒泰皇后煤礦15108回風(fēng)順槽位于井田一采區(qū)，巷道北部為15102工作面采空區(qū)，東邊與軌道運(yùn)輸上山、膠帶運(yùn)輸上山、回風(fēng)上山相連，南邊為15104工作面采空區(qū)，西邊為礦界。

15108回風(fēng)順槽設(shè)計(jì)長(zhǎng)度為946 m，巷道設(shè)計(jì)斷面規(guī)格為寬×高=4.6 m×3.1 m，巷道掘進(jìn)煤層為15號(hào)煤層，平均厚度為7.5 m。15號(hào)煤層偽頂為薄層泥巖，在開(kāi)采過(guò)程中隨采隨落；老頂為K2石灰?guī)r，屬堅(jiān)硬巖石，質(zhì)地堅(jiān)硬，裂隙不發(fā)育，不易垮落。15號(hào)煤層頂板為石灰?guī)r，抗壓強(qiáng)度為67.30 MPa，抗拉強(qiáng)度為3.74 MPa，屬堅(jiān)硬巖。底板為砂質(zhì)泥巖，抗壓強(qiáng)度為10.00 MPa，抗拉強(qiáng)度為1.06 MPa，屬軟巖。施工巷道從回風(fēng)上山開(kāi)口沿15號(hào)煤層底板掘進(jìn)，截止目前巷道已掘進(jìn)540 m。

根據(jù)礦地測(cè)科鉆探資料發(fā)現(xiàn)，15108回風(fēng)順槽掘進(jìn)區(qū)域整體地質(zhì)構(gòu)造相對(duì)簡(jiǎn)單，主要以落差在2.0m以下的小斷層為主。其中位于巷道547 m處的F3正斷層落差為1.7 m，平均傾角為62°，該斷層對(duì)巷道掘進(jìn)影響較大，巷道掘進(jìn)至535 m處時(shí)頂板出現(xiàn)局部破碎現(xiàn)象，當(dāng)巷道掘進(jìn)至540 m處時(shí)頂板破碎嚴(yán)重，頂板支護(hù)困難、支護(hù)效果差，嚴(yán)重制約著巷道安全的高效掘進(jìn)。

2 斷層應(yīng)力區(qū)頂板支護(hù)優(yōu)化

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)對(duì)應(yīng)力區(qū)頂板施工窺視孔觀察發(fā)現(xiàn)，應(yīng)力區(qū)頂板巖體破碎相對(duì)嚴(yán)重，在540 m處頂板巖體破碎深度達(dá)2.8 m。隨著巷道掘進(jìn)逐漸與F3斷層接近，預(yù)計(jì)頂板破碎深度會(huì)進(jìn)一步擴(kuò)大，傳統(tǒng)錨桿（索）支護(hù)達(dá)不到預(yù)期支護(hù)效果，因此通過(guò)研究決定對(duì)F3斷層影響區(qū)（長(zhǎng)度為15 m）支護(hù)進(jìn)行優(yōu)化，采用“加長(zhǎng)錨桿+聯(lián)鎖組合錨索”聯(lián)合支護(hù)技術(shù)。

1）聯(lián)鎖組合錨索主要由4根長(zhǎng)度及直徑分別為8.3 m、21.6 m的高預(yù)應(yīng)力錨索，2根長(zhǎng)度及直徑分別為3.5 m、22 m的左旋無(wú)縱筋螺紋鋼加長(zhǎng)錨桿，以及一根長(zhǎng)度為4.4 m，寬度為0.5 m，厚度為3.5 mm的“JW”型鋼板組成（如下頁(yè)圖1）。

圖1 15108回風(fēng)順槽斷層應(yīng)力區(qū)頂板聯(lián)合支護(hù)平面示意圖（mm）

2）在JW型鋼板四周、中部及距兩段0.3 m的位置各鉆一個(gè)圓孔，圓孔的直徑設(shè)計(jì)為25 mm，同時(shí)在鋼板兩邊施工兩個(gè)圓孔，圓孔的直徑設(shè)計(jì)為22 mm。

3）當(dāng)掘進(jìn)工作面推至斷層帶附近時(shí)，采用MT-130型鉆機(jī)在頂板距巷幫0.35 m處各施工一個(gè)加長(zhǎng)錨桿支護(hù)鉆孔，鉆孔深度為0.35 m，直徑為28 mm。鉆孔施工完后對(duì)鉆孔內(nèi)依次填裝錨桿及加長(zhǎng)錨桿，并進(jìn)行錨固預(yù)緊，錨固后錨桿外露長(zhǎng)度控制在10~50 mm范圍內(nèi)。

4）加長(zhǎng)錨桿錨固后將“JW”型鋼板安裝在錨桿外露端，并采用拱形墊片、螺母進(jìn)行預(yù)緊，預(yù)緊力不得低于400 N·m，預(yù)緊后必須保證鋼板與頂板接觸嚴(yán)實(shí)。

5）待鋼板與頂板全部固定后，施工人員要在鋼板的中部預(yù)留孔的位置施工5個(gè)錨索鉆孔，鉆孔的深度為8.3 m,鉆孔施工到位后依次對(duì)鉆孔內(nèi)填裝錨固劑及恒阻錨索并進(jìn)行錨固，錨固后在錨索外露端安裝一塊長(zhǎng)度及寬度均為0.5 m的鋼托板，并采用鎖具進(jìn)行預(yù)緊。

6）施工人員在完成第1組聯(lián)鎖組合錨索后依次安裝第2組，相鄰聯(lián)鎖組合錨索布置間距為1.0 m。為了提高組合錨索聯(lián)鎖保護(hù)作用，在相鄰兩組組合錨索之間安裝兩組圓鋼托架，圓鋼托架的長(zhǎng)度為1.0m，直徑為30 mm。

7）為了防止構(gòu)造應(yīng)力在頂板裂隙處產(chǎn)生卸壓破壞作用，所有聯(lián)鎖組合錨索施工完畢后，需在頂板處施工卸壓鉆孔進(jìn)行應(yīng)力卸壓作用，每排布置1個(gè)，鉆孔深度為5.0m，直徑為50mm，卸壓孔布置間距為5.0m。

3 應(yīng)用效果

1）15108回風(fēng)順槽應(yīng)力破碎區(qū)長(zhǎng)度為15 m，破碎區(qū)共計(jì)安裝了16組組合錨索，根據(jù)統(tǒng)計(jì)計(jì)算每塊組合錨索成本費(fèi)用為0.47萬(wàn)元，若采用傳統(tǒng)的支護(hù)方式，應(yīng)力破碎區(qū)共需支護(hù)80根錨桿、30根錨索、20卷金屬網(wǎng)，局部還需注漿施工，支護(hù)成本費(fèi)用為2.7萬(wàn)元。支護(hù)優(yōu)化后大大降低了破碎頂板支護(hù)成本費(fèi)用。

2）通過(guò)采用鋼板與組合錨索對(duì)頂板進(jìn)行支護(hù)，不僅能夠有效地對(duì)破碎頂板起到支撐懸吊，還能夠使每個(gè)組合錨索懸板的支護(hù)面積達(dá)到6.3 m2，而且該組合錨索采用的預(yù)應(yīng)力鋼絞線的長(zhǎng)度為8.3 m，這個(gè)長(zhǎng)度已經(jīng)完全能夠與原巖石錨固。施工人員在安裝完成后通過(guò)近兩個(gè)月的時(shí)間對(duì)頂板的下層情況進(jìn)行觀察，巷道頂板未出現(xiàn)大面積破碎、冒落現(xiàn)象。

3）施工人員采用聯(lián)鎖保護(hù)裝置將相鄰組合錨索進(jìn)行連接，起到了有效確保聯(lián)鎖的作用，同時(shí)通過(guò)對(duì)頂板施工卸壓，避免了因頂板應(yīng)力集中顯現(xiàn)所導(dǎo)致的頂板巖體裂隙擴(kuò)張，大大提高了頂板支護(hù)效果。

4 結(jié)語(yǔ)

要進(jìn)一步提高巷道應(yīng)力區(qū)圍巖控制效果，必須根據(jù)掘進(jìn)巷道地質(zhì)條件、支護(hù)工藝等，對(duì)原支護(hù)存在的問(wèn)題以及支護(hù)效果的影響因素進(jìn)行合理分析，并根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)情況進(jìn)行合理優(yōu)化。只有這樣才能提高應(yīng)力區(qū)圍巖的穩(wěn)定性及支護(hù)質(zhì)量，從而有效防止因圍巖失穩(wěn)而發(fā)生的煤礦安全事故。