掘進(jìn)巷道遇頂板破碎段支護(hù)技術(shù)研究

侯文梓

（山西汾西正令煤業(yè)有限責(zé)任公司，山西 孝義 032300）

引言

確保巷道圍巖穩(wěn)定是實(shí)現(xiàn)煤炭安全高效開采的基礎(chǔ)[1]。隨著礦井采掘深度增加，巷道掘進(jìn)期間受地質(zhì)構(gòu)造影響更為顯著，當(dāng)掘進(jìn)巷道遇頂板破碎段時(shí)，往往面臨頂板下沉量大、冒頂?shù)蕊L(fēng)險(xiǎn)，給巷道正常使用帶來(lái)制約[2-3]。對(duì)于頂板破碎段，采用常規(guī)的錨網(wǎng)索支護(hù)方式往往難以有效控制圍巖變形，因此如何控制破碎段圍巖成為此類地質(zhì)情況下巷道圍巖控制需要解決的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題。本文以山西某礦2306運(yùn)輸巷掘進(jìn)遇頂板破碎段為工程實(shí)例，提出采用超前支護(hù)、二次支護(hù)相結(jié)合方式支護(hù)圍巖，現(xiàn)場(chǎng)取得較好的應(yīng)用效果。

1 2306運(yùn)輸巷概況

1.1 地質(zhì)概況

2306工作面位于2采區(qū)西側(cè)，采面設(shè)計(jì)走向長(zhǎng)度3 025 m、傾向226 m，2306運(yùn)輸巷沿著3號(hào)煤層底板掘進(jìn)，巷道設(shè)計(jì)掘進(jìn)長(zhǎng)度3 078 m。2306工作面采3號(hào)煤層，煤層平均厚度2.1 m、傾角3°～6°，煤層直接頂、基本頂分別為泥巖、粉砂巖，直接底及基本底分別為炭質(zhì)泥巖、砂質(zhì)泥巖。

根據(jù)三維地質(zhì)資料以及鄰近采面回采巷道掘進(jìn)及回采揭露顯示，在2306運(yùn)輸巷掘進(jìn)過(guò)程中會(huì)揭露有DF15、DF21等多條斷層，在斷層影響下局部區(qū)域頂板破碎。在頂板破碎帶直接頂破碎厚度約為500 mm。

1.2 巷道原有支護(hù)參數(shù)

2306運(yùn)輸巷斷面為矩形（凈寬5.2 m、凈高2.8 m），圍巖控制采用錨網(wǎng)索方式，其中頂板、巷幫錨桿規(guī)格為Φ20 mm×2 500 mm，頂板錨桿按照850 mm間距、1 000 mm排距布置，巷幫錨桿按照1 000 mm間距、1 000 mm排距布置；頂錨索規(guī)格為Φ17.8 mm×10 300 mm，按照1 700 mm間距、2 000 mm排距布置。頂板及巷幫均采用塑鋼網(wǎng)護(hù)表。

2 頂板破碎段圍巖支護(hù)設(shè)計(jì)

2.1 圍巖支護(hù)理念

在頂板破碎段巷道圍巖支護(hù)采用超前支護(hù)+二次支護(hù)結(jié)合相結(jié)合方式進(jìn)行圍巖控制?，F(xiàn)階段礦井使用的超前支護(hù)一般可細(xì)分為2類，具體包括超前錨桿（錨索）支護(hù)、注漿錨桿（錨索）支護(hù)，對(duì)于頂板破碎段通過(guò)使用超前支護(hù)可降低巷道掘進(jìn)期間頂板位移量。二次支護(hù)是巷道圍巖在巷道掘進(jìn)、回采等影響下出現(xiàn)圍巖變形量過(guò)大問(wèn)題時(shí)，為控制圍巖變形采用的針對(duì)頂板、巷幫以及幫角等位置使用的補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)措施。

2.2 超前支護(hù)方案

依據(jù)2306運(yùn)輸巷掘進(jìn)過(guò)頂板破碎段現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，為確保巷道掘進(jìn)開挖期間破碎頂板穩(wěn)定，通過(guò)組合梁以及圍巖補(bǔ)強(qiáng)理論，對(duì)巷道掘進(jìn)迎頭未開挖段進(jìn)行超前支護(hù)，通過(guò)在掘進(jìn)仰頭布置超前錨桿提高超前支護(hù)段內(nèi)破碎頂板承載能力以及穩(wěn)定性。依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況并結(jié)合有關(guān)研究成果，在2306運(yùn)輸巷迎頭布置的超前錨桿斜插角為30°，超前錨桿規(guī)格為Φ20 mm×2 500 mm，錨桿按照2 000 mm排距布置，每排布置3～4根超前錨桿，2306運(yùn)輸巷迎頭超前錨桿具體布置情況如圖1所示。超前錨桿錨固采用2支M SK2335錨固劑，有效錨固長(zhǎng)度控制在700 mm以上，錨桿施工完成后預(yù)先施加的預(yù)緊力控制在150 kN以上。

在頂板破碎段采用錨桿進(jìn)行超前支護(hù)時(shí)，先采用ZYC2X800/21/30超前支架對(duì)迎頭破碎頂板進(jìn)行支護(hù)，在臨時(shí)支護(hù)支架掩護(hù)下在迎頭向頂板按照30°仰角施工超前錨桿，并應(yīng)確保超前錨桿與破碎頂板巖體有效結(jié)合。為提高超前錨桿破碎頂板控制效果，應(yīng)嚴(yán)格按照要求控制頂板錨桿長(zhǎng)度，并提高錨固劑錨固效果。

圖1 頂板破碎段超前支護(hù)示意圖

2.3 二次支護(hù)

在巷道掘進(jìn)至頂板破碎段時(shí)，在原有錨網(wǎng)索支護(hù)方案基礎(chǔ)上進(jìn)行二次補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)，提高圍巖整體支護(hù)強(qiáng)度。具體二次補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)設(shè)計(jì)方案如圖2所示。

圖2 二次補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)示意圖

在二次補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)方案施工前，先對(duì)頂板、巷幫塑鋼網(wǎng)鼓包進(jìn)行處理，為確保二次補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)效果，具體補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)參數(shù)可依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況調(diào)整。在2306運(yùn)輸巷破碎頂板段煤柱幫二次支護(hù)時(shí)，靠近底板幫角采用金屬錨桿（規(guī)格為Φ20 mm×2 500 mm）補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)，巷幫則采用3根錨索（Φ17.8 mm×5 300 mm）補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)，補(bǔ)強(qiáng)錨索間排距分別為700 mm、1 000 mm；煤墻側(cè)則使用錨桿（規(guī)格為Φ20 mm×2 500 mm）補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)，巷幫補(bǔ)強(qiáng)錨索施工完成后施加的預(yù)緊力控制在100 kN以上。頂板采用錨索補(bǔ)強(qiáng)、具體錨索規(guī)格為Φ17.8 mm×10 300 mm，錨索間排距均為2 000 mm，張緊力控制在200 kN以上，補(bǔ)強(qiáng)錨索間采用W鋼帶連接。

3 圍巖控制效果分析

在2306運(yùn)輸巷在頂板破碎段范圍內(nèi)掘進(jìn)時(shí)，通過(guò)采用超前支護(hù)、二次支護(hù)方式可對(duì)頂板破碎巖體進(jìn)行有效控制，巷道在掘進(jìn)期間未出現(xiàn)漏頂情況。通過(guò)采用超前錨桿可確保破碎頂板在巷道掘進(jìn)期間不出現(xiàn)掉落問(wèn)題，在頂板破碎段掘進(jìn)期間巷道掘進(jìn)進(jìn)尺與頂板正常段保持一致，掘進(jìn)進(jìn)尺日均可達(dá)到5.0 m。

對(duì)頂板破碎段支護(hù)完成后巷道圍巖變形情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，具體監(jiān)測(cè)內(nèi)容主要為頂板巖層離層量。在超前支護(hù)段以及非超前支護(hù)段分別布置測(cè)點(diǎn)，對(duì)頂板上覆3 m、8 m位置頂板離層情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，離層監(jiān)測(cè)使用GYW300離層傳感器，監(jiān)測(cè)周期為48 d，具體監(jiān)測(cè)獲取到的頂板離層參數(shù)如圖3所示。

圖3 頂板離層監(jiān)測(cè)曲線

從圖3中看出，在未超前支護(hù)區(qū)，巷道掘進(jìn)開挖之后頂板出現(xiàn)明顯的離層情況，錨桿、錨索以及金屬網(wǎng)等支護(hù)方式難以起到較好的支護(hù)作用，淺部區(qū)域巖體離層量可達(dá)到20 mm以上、深部區(qū)域頂板離層量可達(dá)到8 mm以上，頂板巖層離層量過(guò)大會(huì)導(dǎo)致錨桿支護(hù)體系失效，嚴(yán)重時(shí)甚至出現(xiàn)頂板大范圍冒落問(wèn)題。

在對(duì)頂板進(jìn)行超前支護(hù)段，頂板淺部位移量?jī)H為10 mm，為非超前支護(hù)段的50%；深度區(qū)域離層量為3 mm，為非超前支護(hù)段的42%，頂板離層量整體較小。現(xiàn)場(chǎng)頂板離層量監(jiān)測(cè)結(jié)果表明，將超前錨桿、二次支護(hù)相結(jié)合的圍巖支護(hù)方案可有效應(yīng)對(duì)頂板破碎段圍巖變形量大、頂板控制困難等問(wèn)題。

4 結(jié)論

1）2306運(yùn)輸巷掘進(jìn)期間會(huì)揭露有頂板破碎段，在頂板破碎段內(nèi)巷道圍巖控制面臨頂板下沉大、頂板冒落以及圍巖支護(hù)困難等問(wèn)題。為確保頂板破碎段圍巖支護(hù)效果，提出采用超前錨桿對(duì)破碎段頂板進(jìn)行超前支護(hù)，確保巷道掘進(jìn)期間破碎頂板穩(wěn)定，后采用二次支護(hù)方式提高破碎段圍巖支護(hù)體系強(qiáng)度。

2）依據(jù)2306運(yùn)輸巷現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，對(duì)頂板破碎段超前支護(hù)以及二次支護(hù)方案進(jìn)行設(shè)計(jì)，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用后，巷道在頂板破碎段范圍內(nèi)掘進(jìn)時(shí)未出現(xiàn)頂板冒落、圍巖變形量過(guò)大問(wèn)題?，F(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)頂板淺部、深部離層量分別為10 mm、3 mm，頂板離層量整體較小，本文提出的頂板破碎段支護(hù)方案取得較好應(yīng)用成果。