主斜井過小窯破壞區(qū)加強(qiáng)支護(hù)技術(shù)

牛晉林

（山西焦煤霍州煤電集團(tuán)同安煤業(yè)有限責(zé)任公司，山西 呂梁 033500）

1 概 述

同安煤業(yè)有限責(zé)任公司新掘主斜井主要擔(dān)負(fù)礦井的煤炭提升和進(jìn)風(fēng)任務(wù)，設(shè)計(jì)長度643 m，傾角-21°，方位角162°。主斜井為拱形斷面，設(shè)計(jì)凈寬5.0 m，凈高4.5 m。主斜井掘進(jìn)方向與原天旺礦主斜井掘進(jìn)方位保持一致，保留安全煤柱寬度為30 m。

主斜井在前150 m 掘進(jìn)時(shí)巷道主要以全巖為主，150～400 m 以煤與泥巖為主，400～643 m 主要以煤層為主，采用EBZ260 型掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn)，目前已掘進(jìn)545 m。

2 巷道掘進(jìn)現(xiàn)狀及問題分析

2.1 巷道掘進(jìn)現(xiàn)狀

主斜井永久支護(hù)采用錨噴支護(hù)技術(shù)，拱頂從巷道中線開始，向兩邊布置錨桿，間排距1000 mm×1000 mm，左右兩幫直墻段各布置2 根錨桿，間排距1000 mm×1000 mm，每排布置11 根錨桿，錨桿規(guī)格Ф22 mm×2600 mm。噴漿厚度150 mm，強(qiáng)度C20。

主斜井在掘進(jìn)至里程532 m 處，左幫揭露原天旺礦井小窯破壞垮落帶，通過鉆探發(fā)現(xiàn)破壞帶總長度為42 m。受小窯垮落破壞帶影響，主斜井掘進(jìn)至532～538 m 段時(shí)，位于小窯垮落帶側(cè)巷幫出現(xiàn)擠壓突出并伴隨著裂隙發(fā)育。隨著巷道延伸，當(dāng)巷道掘進(jìn)至540 m 處時(shí)巷道圍巖破壞更加嚴(yán)重，小窯垮落破壞帶出現(xiàn)局部垮落現(xiàn)象，原頂板支護(hù)無法對圍巖起到有效的控制作用。

2.2 巷道掘進(jìn)存在的技術(shù)難題

（1）主斜井與原天旺礦主斜井預(yù)留保安煤柱寬度為30 m，保安煤柱主要以煤層與泥巖為主，煤巖體平均單軸抗壓強(qiáng)度不足15 MPa。由于受小窯破壞帶影響，保安煤柱承載能力降低，導(dǎo)致保安煤柱破壞嚴(yán)重，煤體內(nèi)裂隙發(fā)育、破碎失穩(wěn)。原巷道主要采用單純錨桿和噴漿聯(lián)合支護(hù)，錨桿在破碎圍巖錨固效果差，錨固力不足設(shè)計(jì)值的70%，錨桿失效現(xiàn)象嚴(yán)重。同時(shí)，由于煤巖體內(nèi)出現(xiàn)裂隙擴(kuò)張破壞作用，巷道噴漿后在內(nèi)部巖體擴(kuò)張作用下，漿體出現(xiàn)脫落。

（2）由于受小窯破壞帶影響，主斜井巷幫煤柱承載能力降低，巷道掘進(jìn)后巷幫煤柱無法對頂板進(jìn)行有效承載、支撐作用，導(dǎo)致巷幫煤柱在應(yīng)力作用下出現(xiàn)剝離破壞，從而發(fā)生煤壁片幫、肩角煤柱垮落。同時(shí)，巷幫煤柱失穩(wěn)后，頂板無法形成穩(wěn)定承載拱，頂板兩幫煤柱頂板形成跨距，降低了巷道拱形頂板整體穩(wěn)定性。

（3）巷幫煤柱破碎后形成的圍巖裂隙，隨著巷道延伸裂隙向頂板及迎頭煤體延伸，而原巷道支護(hù)設(shè)計(jì)未采用超前臨時(shí)支護(hù)措施，導(dǎo)致在小窯垮落破壞影響區(qū)內(nèi)，巷道掘進(jìn)過程中頂板及兩幫出現(xiàn)超前破碎現(xiàn)象，巷道掘進(jìn)后不僅不利于巷道安全支護(hù)，而且很容易造成頂板垮塌。

3 巷道聯(lián)合支護(hù)技術(shù)應(yīng)用

3.1 注漿施工方案

（1）注漿鉆孔布置在小窯破壞區(qū)巷幫煤柱側(cè)，每排布置4 個注漿鉆孔（1#～4#）。注漿鉆孔深度為3.0 m，直徑為45 mm，鉆孔間距為1.8 m，第一個鉆孔布置在距底板0.5 m 處，排距為3.0 m。

（2）1#注漿鉆孔傾角為0°，2#注漿鉆孔傾角為10°，3#注漿鉆孔傾角為20°，4#注漿鉆孔傾角為20°。注漿鉆孔采用YT-28 風(fēng)鉆施工，布孔時(shí)由巷道中線向兩拱布孔，如圖1。

圖1 主斜井圍巖破碎區(qū)聯(lián)合支護(hù)示意圖

（3）注漿鉆孔施工完后進(jìn)行擴(kuò)孔施工，孔口深度為0.5 m，擴(kuò)孔直徑為120 mm。擴(kuò)孔后對其安裝孔口管，孔口管里端安裝一根長度為2.0 m 注漿花管，孔口管尾端加高壓截止閥。孔口管采用膨脹水泥進(jìn)行封孔處理，封孔長度為0.5 m。

（4）鉆孔封孔完成后進(jìn)行注漿施工，注漿時(shí)采用單孔注漿方式，注一孔封一孔，注漿使用材料為P.O42.5 硅酸鹽水泥及水玻璃漿液，配比為1:0.5～1:1（體積），注漿終壓不小于1.5 MPa。

3.2 超前管棚支護(hù)

（1）注漿完成，待破碎圍巖固化形成整體后，采取超前管棚支護(hù)。支護(hù)鉆孔采用B22 mm×2000 mm 中空六角鉆桿帶鉆頭直接打進(jìn)頂部破碎帶，間距300 mm，自井筒中心正頂向兩邊布置，每排14個支護(hù)孔，孔深度為3.0 m。

（2）主斜井采用超前管棚支護(hù)體主要是長度為3.0 m、直徑為30 mm 無縫鋼管，鋼管端頭成尖錐狀，鋼管采用錨固劑進(jìn)行錨固，在鋼管兩側(cè)均勻焊制一排直徑為8 mm 圓孔，孔間距為0.3 m。若頂板破碎嚴(yán)重，采用超前管棚支護(hù)無法維護(hù)時(shí)，可配合預(yù)注漿進(jìn)行支護(hù)。

（3）超前管棚外露端采用鋼帶進(jìn)行固定，管棚支護(hù)完成后巷道繼續(xù)掘進(jìn)。當(dāng)巷道掘進(jìn)3.0 m 后施工第二排超前管棚支護(hù)，以此類推直至巷道完全過小窯破壞影響區(qū)。

3.3 密集U29 型鋼棚支護(hù)

（1）巷道注漿及超前管棚支護(hù)完成后，為進(jìn)一步提高巷道圍巖穩(wěn)定性，決定對巷道架設(shè)密集U29 型鋼棚。鋼棚主要由棚腿、底座、底梁、弧形頂梁、卡纜等部分組成，其中弧形頂梁主要分為三節(jié)，鋼棚所有部分采用卡纜固定搭接，搭接長度不低于0.2 m。

（2）U29 型鋼棚支架必須架到實(shí)底上，當(dāng)遇底板破碎時(shí)，在架棚處幫部澆筑鋼筋混凝土柱墩，確保棚腿落到實(shí)底上。兩幫部棚腿間采用24 kg 軌道作為橫向底梁，底梁采用卡蘭進(jìn)行固定。

（3）U29 鋼棚棚距為（中-中）0.5 m，支架間采用槽鋼拉桿連接，棚與棚之間使用7 根槽鋼拉桿配Ф18 mm×200 mm 的高強(qiáng)螺栓進(jìn)行固定。

（4）為了防止架棚后頂板出現(xiàn)碎石掉落現(xiàn)象，在架設(shè)U29 型鋼棚時(shí)，在鋼棚與頂板之間鋪設(shè)鋼筋網(wǎng)。每片鋼筋網(wǎng)規(guī)格為長×寬=4.5 m×1.2 m，相鄰兩片鋼筋網(wǎng)之間搭接寬度為0.3 m，鋼筋網(wǎng)與鋼棚頂梁之間采用8#鉛絲進(jìn)行捆綁。

4 結(jié)語

（1）對主斜井小窯破壞帶影響區(qū)不穩(wěn)定圍巖采取注漿加固后，降低了殘余應(yīng)力對圍巖造成的剪切破壞作用，控制了兩幫及頂板肩角煤柱破碎、垮落現(xiàn)象。通過現(xiàn)場觀察發(fā)現(xiàn)，采用注漿后錨桿支護(hù)與巷幫及頂板達(dá)到有效支護(hù)作用，錨桿支護(hù)后未出現(xiàn)支護(hù)托盤變形、斷裂以及錨桿失效等現(xiàn)象。

（2）通過對主斜井施工超前管棚支護(hù)后，防止了因應(yīng)力影響圍巖裂隙擴(kuò)張破壞作用，導(dǎo)致巷道未掘區(qū)頂板圍巖出現(xiàn)超前破碎現(xiàn)象，達(dá)到了巷道掘進(jìn)后頂板超前臨時(shí)支護(hù)效果，有效提高了巷道掘進(jìn)后破碎圍巖下永久支護(hù)施工安全系數(shù)。

（3）與傳統(tǒng)的矩形工字鋼棚相比，U29 型鋼棚具有承載強(qiáng)度高、穩(wěn)定性強(qiáng)、不易變形等優(yōu)點(diǎn)。主斜井破碎圍巖區(qū)架設(shè)密集U29 型鋼棚后，削弱了小窯破壞帶殘余應(yīng)力對主斜井圍巖的剪切破壞作用，提高了巷幫煤柱對拱形頂梁的支撐作用強(qiáng)度。