聯合支護技術在巷道破碎圍巖中的應用

曹 智

（晉能控股煤業集團掌石溝煤礦，山西 晉城 048400）

1 掌石溝煤礦15202運輸順槽概述

1.1 巷道四鄰關系

晉能控股煤業集團掌石溝煤礦15202運輸順槽位于井田15號煤二采區南部，北部為設計布置15202回采工作面，與15202回風順槽相距108.6 m（中至中）；西部連接二采區南回風巷、南運輸巷；東部為井田實體煤；南部為井田邊界設計保安煤柱。

1.2 掘進煤層情況

15202運輸順槽開口位置位于二采區南運輸巷導線點NY5點前33.6 m，開口標高為+884.5 m，斷面為矩形，掘進工程量800 m，預計坡度0°～4°，中線距左幫2.4 m、右幫2.4 m，施工方位角90°00′00″，沿煤層頂板掘進。巷道掘進斷面規格為寬×高=4.2 m×4.1 m，掘進煤層為15號煤層，平均厚度3.85 m，平均傾角為3°，煤層為黑色，條痕褐黑色，似金屬光澤，中至寬條帶狀結構，斷口貝殼狀、階梯狀，內生裂隙發育，層狀構造。以亮煤為主，暗煤次之，夾鏡煤條帶。含星散狀黃鐵礦及黃鐵礦結核，鏡煤呈條帶狀。屬半亮型至半暗型煤，煤層內含1～2層夾矸，夾矸厚度0～0.8 m，（相對）密度為1.50 t/m3，煤層頂底板巖性如表1所示。

2 巷道掘進現狀

2.1 巷道掘進工藝

15202運輸順槽采用綜合機械化掘進工藝，巷道采用EBZ260型掘進，掘進機單茬掘進深度為1.0 m，采用螺旋滾筒破煤，采煤機尾部安裝一部轉載機，轉載機長度為16 m，轉載機與SSJ-800型帶式輸送機連接，從而將工作面內煤矸運輸出去，截至目前15202運輸順槽已掘進420 m。

表1 15號煤層頂底板巖性

2.2 巷道支護工藝

根據本礦同煤層巷道圍巖性質，相鄰巷道探頂孔的礦壓觀測資料、支護形式，確定15202運輸順槽支護形式為：錨桿＋錨索＋網聯合支護[1-2]。

1）錨桿：采用左旋無縱筋螺紋鋼錨桿，鋼材編號為MG335，直徑20 mm，長度2 200 mm、2 400 mm兩種，間排距1 000～1 200 mm，配套150 mm×150 mm×10 mm拱形托盤加高強托板調心球墊。

2）錨索：七股鋼絞線，直徑17.8 mm，長度6 300 mm，抗拉強度1 860 MPa，間排距選取1 600、2 400 mm，配套300 mm×300 mm×16 mm的穹形多功能鋼板托板加強度相匹配錨具。

2.3 掘進現狀

15202運輸順槽掘進至417 m處揭露一條F5正斷層，斷層落差為1.7 m，傾角為67°，當巷道掘進至410 m處時巷道精度F5斷層影響區，巷道在410～415 m段圍巖出現破碎現象，頂板出現局部斷裂、下沉，當巷道揭露斷層后頂板破碎嚴重，頂板下沉量達0.42 m，巷道迎頭煤壁片幫嚴重，導致巷道空頂距達1.8 m，嚴重威脅著巷道安全掘進。

3 應力區聯合支護技術應用

為了進一步提高應力區圍巖整體穩定性，防止因F5斷層影響導致巷道圍巖破碎、垮落現象，決定對應力區圍巖支護進行優化，提出了“超前注漿+錨索梯形梁棚+桁架錨桿”支護方案。

3.1 超前注漿

由于受斷層影響，斷層附近處煤巖體成硅化現象。煤巖體抗壓強度降低，巖體破碎嚴重，所以可通過注漿對該區域煤巖體進行加固，實現二次重組。

1）首先采用鉆機在掘進巷道迎頭施工一排注漿鉆孔，每排布置3個鉆孔，鉆孔深度為5.0 m、直徑為45 mm，鉆孔開口位置距頂板間距為1.5 m，鉆孔布置間距為1.5 m，所有鉆孔以20°仰角布置，其中中間鉆孔水平角為0°，兩幫鉆孔水平角為30°。

2）所有注漿鉆孔施工完后，對鉆孔內插入直徑為25 mm風管進行吹風，將鉆孔內煤屑清理干凈保證注漿效果，將鉆孔內煤屑清理干凈后在鉆孔內埋入一根注漿軟管，直徑為20 mm。

3）注漿軟管安裝后在孔口處采用封孔器進行封堵，封堵長度為0.5 m，將注漿軟管另一端與注漿槍連接，注漿槍與專用雙液注漿泵進行連接，注漿液采用馬麗散與催化劑混合液。

3.2 錨索梯形梁棚支護

由于傳統的鋼帶支護時存在支護截面積小、支護強度低等技術難題，決定對15202運輸順槽斷層應力區頂板施工錨索梯形梁棚支護。

1）15202運輸順槽施工錨索梯形梁棚主要由梯形梁、錨索兩部分組成，梯形梁長度為4.0 m，梯形梁寬度為0.5 m，每架梯形梁由5根長度為4.0 m，直徑為25 mm圓鋼以及三組夾板構成，每根圓鋼布置間距為0.1 m。

2）在梯形梁上焊制三塊長度為0.5 m，寬度為0.3 m，厚度為5 mm鋼托板，托板上焊制一個直徑為30 mm錨索支護孔，鋼托板之間距離為1.8 m；錨索長度為6.3 m，直徑為21.8 mm。

3）錨索梯形梁棚施工在相鄰兩排鋼帶之間間隙頂板上，梯形梁棚布置間距為2.0 m，巷道從420 m處開始施工錨索梁棚直至完全過斷層應力區。

3.3 桁架錨桿支護

為了降低頂板應力破壞作用，提高錨桿（索）支護效果，決定對頂板施工桁架錨桿支護[3-5]。

1）桁架錨桿長度為2.5 m，直徑為30 mm玻璃鋼錨桿，桁架拉桿采用長度為1.2 m，直徑為25 mm玻璃鋼圓桿，拉桿兩端各安裝一個長度及寬度為0.1 m鋼方板，鋼方板上焊制一個直接為40 mm圓孔。張拉器長度為0.5 m，采用雙向張拉結構，最大張拉力為280 kN。

2）桁架錨桿支護施工排距為2.0 m，與錨索梯形梁棚支護交錯布置，如圖1所示，首先采用氣動錨索鉆機在頂板施工兩個錨桿支護孔，支護孔間距為2.0 m，支護孔深度為2.2 m，支護孔與頂板布置斜角為75°，且兩個孔對稱布置。

圖1 15202運輸順槽斷層應力區頂板支護平面示意圖（單位：mm）

3）每根桁架錨桿采用兩支錨固劑進行錨固，錨固長度為0.9 m，錨固力為210 kN，錨桿錨固后在錨桿外露端安裝圓鋼拉桿，拉桿另一端安裝張拉器，并對其進行張拉[6-9]。

4 結論

截至2021年2月11日，15202運輸順槽已掘進至460 m處，巷道已掘進至460 m處，且已完全過F5斷層應力影響區，通過對應力區采取“超前注漿+錨索梯形梁棚+桁架錨桿”聯合支護技術后，取得了顯著應用成效。

1）采取注漿加固后對斷層裂隙帶巖體進行加固重組，提高了巖體整體抗壓強度及穩定性，通過漿液可對裂隙帶進行填充，防止巖體裂隙范圍進一步擴大。

2）通過對巷道頂板施工錨索梯形梁棚后，增加了支護截面積，控制了頂板破碎現象，增強了頂板支護效果。

3）對巷道應力區采取桁架錨桿支護后，削弱了頂板應力破壞作用，提高了原頂板錨桿（索）支護強度。