掘進(jìn)巷道破碎頂板支護(hù)優(yōu)化

王 軍

（山西潞安集團(tuán)蒲縣新良友煤業(yè)有限公司，山西 臨汾 041200）

1 11102回風(fēng)順槽概況

山西潞安集團(tuán)蒲縣新良友煤業(yè)有限公司11102回風(fēng)順槽東為礦井邊界保護(hù)煤柱，西為北軌道大巷，南部為正在回采的11101綜采工作面，北部為11102綜采工作面。

11102回風(fēng)順槽巷道長(zhǎng)915.378 m，掘進(jìn)煤層為11號(hào)煤層，煤層賦存較穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，含兩層夾矸，煤層厚度2.82～3.06 m，平均煤厚2.92 m，屬原生結(jié)構(gòu)煤，煤層傾角-12°～0°，整體呈-8°下山掘進(jìn)。

根據(jù)現(xiàn)有地質(zhì)資料分析，地質(zhì)條件簡(jiǎn)單。煤層頂板巖性為泥巖及砂質(zhì)泥巖，致密、膠結(jié)較好，隔水性能好；煤層底板巖性為泥巖及砂質(zhì)泥巖，致密、遇水易泥化，易發(fā)生底鼓現(xiàn)象，但隔水性能好。此外根據(jù)井下已掘巷道實(shí)際情況分析，掘進(jìn)中還可能遇到小型斷層、陷落柱等構(gòu)造，會(huì)造成局部頂板冒落、底板底鼓等現(xiàn)象[1-2]。

11102回風(fēng)順槽開口沿11號(hào)煤層頂板掘進(jìn)11 m，按+9°掘進(jìn)25 m后過北軌道大巷，過完北軌道大巷后，按-11°找到11號(hào)煤層頂板；開口掘進(jìn)9.5 m后施工回風(fēng)通道（1.5 m）與11101運(yùn)輸順槽回風(fēng)通道貫通，掘進(jìn)84 m后施工11102回風(fēng)順槽車場(chǎng)（21.5 m）與11102運(yùn)輸順槽貫通；最后按設(shè)計(jì)方向掘進(jìn)至設(shè)計(jì)位置。

2 巷道圍巖破碎機(jī)理

2.1 巷道掘進(jìn)現(xiàn)狀

11102回風(fēng)順槽采用綜合機(jī)械化掘進(jìn)工藝，截止目前巷道已掘進(jìn)450 m，巷道掘進(jìn)至445 m處時(shí)揭露一條F11逆斷層，斷層落差為2.1 m，傾角為42°，巷道頂板采用錨桿（索）聯(lián)合支護(hù)，具體支護(hù)方案如下：

1）頂板錨桿為M24-Φ22 mm-2 400 mm左旋無縱筋高強(qiáng)度螺紋鋼錨桿，桿體屈服強(qiáng)度不低于400 MPa，極限抗拉強(qiáng)度不低于570 MPa，延伸率不低于20%。每排布置5根錨桿，錨桿排距900 mm、間距850 mm，錨桿布置在鋼筋托梁孔位上，兩側(cè)肩部錨桿外斜10°打設(shè)，其余錨桿全部垂直巖面（順法線方向）打設(shè)，錨桿打在限位孔內(nèi)。錨桿允許5°誤差，間排距偏差±100 mm，錨桿托盤必須緊貼煤巖面且不松動(dòng)，錨桿露出螺母長(zhǎng)度為10～50 mm。

2）頂板錨索采用錨索為MS-Φ18.9 mm-7 300 mm高強(qiáng)度低松弛鋼絞線錨索，延伸率不小于3.5%。開口前5 m排排打設(shè)錨索，錨索采用“2-2-2”矩形布置，排距900 mm、間距1 600 mm；掘進(jìn)5 m后，錨索采用“2-0-2”矩形布置，排距1 800 mm、間距1 600 mm。

11102回風(fēng)順槽揭露斷層后出現(xiàn)圍巖破碎現(xiàn)象，主要表現(xiàn)在頂板破碎、下沉現(xiàn)象，當(dāng)巷道掘進(jìn)至450 m處巷道中部局部出現(xiàn)冒漏現(xiàn)象，嚴(yán)重制約著巷道安全快速掘進(jìn)。

2.2 巷道破碎原因

1）圍巖穩(wěn)定性差：11102回風(fēng)順槽掘進(jìn)煤層為11號(hào)層，煤層整體穩(wěn)定性差，煤體單軸抗壓強(qiáng)度不足15 MPa，巷道在掘進(jìn)過程中受開挖應(yīng)力影響，巷道煤體破碎嚴(yán)重。

2）構(gòu)造應(yīng)力影響：11102回風(fēng)順槽掘進(jìn)至445 m處時(shí)揭露一條斷層，斷層侵入煤體后造成煤體力學(xué)結(jié)構(gòu)降低，造成煤體裂隙發(fā)育，構(gòu)造應(yīng)力在裂隙帶出現(xiàn)裂隙擴(kuò)張破壞作用，從而造成煤體破碎現(xiàn)象[3-4]。

3）支護(hù)強(qiáng)度不足：11102回風(fēng)順槽原頂板采用錨桿（索）支護(hù)，支護(hù)強(qiáng)度相對(duì)較低，當(dāng)巷道圍巖穩(wěn)定性較好時(shí)該支護(hù)方式相對(duì)合理，但是對(duì)于圍巖相對(duì)破碎時(shí)，該支護(hù)效果相對(duì)較差，無法滿足破碎圍巖支護(hù)需求。

3 巷道支護(hù)優(yōu)化

3.1 原頂板支護(hù)優(yōu)化

1）為了提高錨桿支護(hù)效果，決定對(duì)原頂板錨桿支護(hù)進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，原頂板錨桿采用“二三二”布置方式，同一排采用錨桿、錨索聯(lián)合支護(hù)，第一排錨桿中第二根、第四根錨桿替換為長(zhǎng)度為8.3 m，直徑為21.8 mm錨索，第二排錨桿中第一、三、五根錨桿替換為錨索，依次類推。

2）將原頂板中W型鋼帶替換為JW型鋼帶，鋼帶長(zhǎng)度為3.6 m、寬度為0.32 m，與傳統(tǒng)鋼帶相比，JW型鋼帶具有支護(hù)截面積大、支護(hù)強(qiáng)度高、不易變形等優(yōu)點(diǎn)[5]。

3.2 組合錨索施工

1）在巷道相鄰兩根鋼帶之間施工組合錨索，組合錨索主要由組合托板以及恒阻錨索組成，組合托板長(zhǎng)度及寬度為0.5 m，組合托板上布置5個(gè)錨索支護(hù)孔，孔直徑為30 mm；恒阻錨索長(zhǎng)度為10 m，直徑為21.8 mm。

2）每排布置2組組合錨索，組合錨索布置間距為1.8 m、排距為1.8 m，組合錨索安裝工藝如下：首先采用MT130型錨索鉆機(jī)在巷道頂板施工一個(gè)錨索支護(hù)孔，孔深為10 m；錨索支護(hù)孔施工后對(duì)孔內(nèi)填裝3支錨固劑，其中MSK23/35型1支、MSK23/60型2支，錨固劑安裝后進(jìn)行錨索錨注，錨索安裝后保證錨索外露長(zhǎng)度控制在150～250 mm范圍內(nèi)；第一根錨索安裝后將錨索托盤安裝在錨索下方，但不進(jìn)行預(yù)緊，托盤安裝后依次安裝其他錨索，最后采用鎖具進(jìn)行預(yù)緊。

3.3 JW型錨索吊棚施工

為了進(jìn)一步提高頂板穩(wěn)定性，防止過斷層期間巷道出現(xiàn)冒漏，決定對(duì)巷道過F11斷層前后10 m范圍內(nèi)施工JW型錨索吊棚。

1）JW型錨索吊棚結(jié)構(gòu)組成：11102回風(fēng)順槽施工的JW型錨索吊棚主要由JW型鋼梁、恒阻錨索、墊片、鎖具等部分組成；其中JW型鋼梁長(zhǎng)度為3.5 m，鋼梁寬度為0.30 m、厚度為4 mm，鋼梁采用磨具一次性澆筑而成，鋼梁橫截面呈JW型，鋼梁最大抗剪荷強(qiáng)度為450 kN，鋼梁上布置3個(gè)錨索支護(hù)孔，孔間距為1.6 m，如圖1所示；恒阻錨索長(zhǎng)度為8.0 m，直徑為21.8 mm。

圖1 11102回風(fēng)順槽破碎頂板優(yōu)化后支護(hù)平面示意圖（單位：mm）

2）施工工序：首先在巷道頂板施工錨索鉆孔，鉆孔深度為8.0 m，鉆孔施工完后對(duì)鉆孔依次填裝錨固劑以及錨索，每個(gè)鉆孔內(nèi)填裝3支錨固劑，錨固長(zhǎng)度為1.55 m；錨索安裝后，在錨索外露端依次安裝JW型鋼梁、墊片以及鎖具，并采用張拉機(jī)具對(duì)其進(jìn)行預(yù)緊，預(yù)緊力不得低于290 kN；JW型錨索吊棚布置排距為2.0 m，共計(jì)布置5架錨索吊棚。

4 結(jié)語

截止2021年3月14日11102回風(fēng)順槽已掘進(jìn)到位，新良友煤礦通過對(duì)巷道前期掘進(jìn)過程中頂板破碎機(jī)理進(jìn)行分析，并根據(jù)掘進(jìn)現(xiàn)狀對(duì)原頂板支護(hù)進(jìn)行合理優(yōu)化，提出了組合錨索、JW型鋼梁聯(lián)合支護(hù)，通過實(shí)際應(yīng)用效果來看，11102回風(fēng)順槽支護(hù)優(yōu)化后，巷道在后期過F11斷層期間有效控制了頂板破碎下沉現(xiàn)象，通過安裝離層儀觀察發(fā)現(xiàn)，聯(lián)合支護(hù)后頂板下沉量控制在0.17 m以下，頂板錨桿失效率降低至5%以下，取得了顯著應(yīng)用成效。