掘進巷道冒落區支護技術應用

劉彥明

（山西潞安化工集團高河能源有限公司，山西 長治 047100）

1 西回風大巷概述

山西潞安礦業集團高河能源有限公司西回風大巷位于井田西翼，巷道設計長度為1 700 m，巷道設計斷面規格為寬×高=4.5 m×3.5 m，巷道掘進煤層為3 號煤層，平均厚度為7.1 m，全煤間有一層炭質泥巖夾矸，厚度為0.10～0.6 m，平均厚0.40 m。3 號煤層頂底板巖性如表1 所示。

表1 3 號煤層頂底板巖性匯總表

西回風大巷主要采用綜合機械化掘進工藝，巷道頂板采用錨桿（索）+W 型鋼帶聯合支護，護幫采用單錨桿支護，截至目前巷道已掘進460 m。巷道掘進至452 m 處時揭露一條正斷層，斷層落差為1.8 m，傾角為54°。受斷層影響，巷道掘進至454 m 處頂板出現冒落現象，冒落最大高度為2.4 m，冒落區成半圓狀，高冒區沿巷道走向長度為4.5 m，冒落區內圍巖破碎嚴重，且隨著巷道掘進延伸，冒落區范圍不斷擴大。

2 冒落區原支護設計及問題分析

2.1 冒落區原支護設計

西回風大巷原頂板采用“錨桿+錨索+W 型鋼帶+金屬網”聯合支護方式，具體支護參數如下：

1）頂板錨桿布置。頂板每排布置5 根錨桿，錨桿長度為2.5 m，直徑為22 mm，錨桿布置間距為1.0 m，布置排距為1.0 m，錨桿垂直于頂板布置，每根錨桿采用兩根錨固劑進行錨固。

2）頂板鋼帶。頂板采用的W 型鋼帶長度為4.2 m，寬度為0.28 m，厚度為4 mm，鋼帶上焊制5 個直徑為30 mm 的圓孔，鋼帶安裝在同一排錨桿外露端，鋼帶安裝后與頂板接觸嚴實。

3）頂板錨索。頂板錨索長度為5.6 m，直徑為17.8 mm，每排布置3 根錨索，錨索布置排距為3.0 m，布置間距為1.8 m，每根錨索采用3 支錨固劑進行錨固，錨索外露端安裝一塊鋼方板。

4）金屬網。頂板采用金屬網規格為長×寬=6.2 m×1.2 m，網格規格為長×寬=50 mm×50 mm，錨桿安裝后在錨桿與鋼帶之間安裝金屬網，相鄰兩片金屬網的搭接寬度不低于0.2 m。

2.2 原頂板支護主要存在的問題

原頂板錨桿（索）支護可對穩定圍巖進行有效支護，但是對于冒落區頂板采用該支護則存在一些問題，主要表現在以下幾方面：

1）支護施工效率低。由于西回風巷頂板出現冒落后，冒落高度達2.1 m，而傳統鉆機最大伸縮行程為2.5 m，在冒落區下方進行錨桿索支護時施工難度大、效率低。

2）支護效果差。冒落區頂板巖體穩定性差、破碎嚴重，采用傳統錨桿（索）以及W 型鋼帶支護時，支護體錨固效果差，且鋼帶剛性強，處于頂板高冒區的鋼帶與頂板無法嚴實接觸，達不到預期支護效果。

3）易出現瓦斯積聚現象。高冒區僅采用錨桿、錨索支護，未對高冒區頂板進行封堵，很容易造成高冒區出現瓦斯積聚現象，不利于巷道安全快速掘進。

3 冒漏區聯合支護技術

為了解決傳統支護在巷道高冒區應用中存在的技術難題，提高高冒區頂板整體穩定性，決定在高冒區處采取“組合錨索+人工假頂”聯合支護技術。

3.1 組合錨索施工

1）組合錨索相較于傳統單錨索支護，具有支護強度大、對不穩定圍巖支護效果好等優點。高冒區施工的組合錨索主要由高應力鋼板、錨索等部分組成，鋼板長度及寬度均為0.6 m，在鋼托板上均勻布置3個直徑為25 mm 的支護孔；每組組合錨索配套3 根恒阻錨索，錨索長度為8.0 m，直徑為21.8 mm。

2）在距高冒區1.0 m 處的頂板上，前后各施工兩組組合錨索，組合錨索布置間距為1.8 m；用MT-130 型鉆機在頂板施工一個錨索鉆孔，鉆孔深度為8.0 m，第一個錨索鉆孔施工完后安裝一根恒阻錨索，錨索采用3 支錨固劑進行錨固。

3）在組合錨索的第一根錨索安裝后，對應安裝組合錨索托板，并采用噴漆對其它兩個錨索孔進行標記，標記后再取下，然后采用鉆機依次施工其它兩個錨索鉆孔，并安裝錨索；待同一組組合錨索全部安裝后，及時安裝組合托板，并采用鎖具進行預緊。

3.2 人工假頂施工

1）在巷道高冒區施工3 架錨索吊棚，錨索吊棚主要由1 根長度為4.2 m 的工字鋼梁以及2 根長度為3.5 m 的錨索組成。錨索吊棚布置間距為2.5 m，第一架錨索吊棚施工在距高冒區0.5 m 處，錨索吊棚施工完后，要保證吊棚與巷道頂板齊平。

2）3 架錨索吊棚施工完后，在3 架吊棚上方鋪設一層金屬網，金屬網與吊棚之間采用14 號鉛絲進行捆綁，并在金屬網上方鋪設一層風筒布。

3）待金屬網及風筒布鋪設完成后，在其上方架設方木垛，木垛采用長度為3.5 m，寬度為0.2 m 的道木搭設而成，木垛搭設時呈“井”字型布置，木垛搭接到位后需保證與頂板接觸嚴實，如圖1 所示。

圖1 西回風大巷人工假頂施工平剖面示意圖

4）木垛架設完成后，采用高壓注漿泵對假頂上方間隙處進行填充，填充材料為羅克休高效膨脹劑，該化學材料具有填充效果好、阻燃性能強等優點。

4 支護效果

截至目前，西回風大巷已掘進600 m，對巷道高冒區頂板采取聯合支護措施后，通過在后期的巷道掘進過程中對高冒區頂板監測發現，在人工假頂施工后7 d 范圍內，受頂板蠕動變形影響，頂板下沉量為0.11 m，在7～12 d 范圍內頂板蠕動變形逐漸減弱，頂板下沉量為0.13 m，在12 d 后頂板區域穩定。采用聯合控制技術后，冒落區破碎頂板得到了有效控制，取得了顯著應用成效。