突出煤層托頂煤石門揭煤支護技術

張 濤，劉紅旗

（冀中能源峰峰集團有限公司 羊東礦，河北 邯鄲 056201）

1 概 況

羊東礦井田位于太行山支脈—鼓山的東麓，為峰峰集團有限公司所屬煤田的中東部，原羊渠河礦井的深部，其行政區劃隸屬于河北省邯鄲市峰峰礦區，2005 年鑒定為煤與瓦斯突出礦井，2 號煤層為突出煤層，該煤層具有瓦斯含量大、壓力高的特點[1]。當石門開口層位位于2 號煤層底板下部時，石門揭煤要從巷道頂板穿過6 m 左右厚度煤層至煤層底板[2]，該過程屬于留煤假頂掘進，掘進過程中由于煤體松軟易碎，若頂板支護不到位容易出現頂板漏垮型冒頂、片幫、瓦斯超限事故。邯邢地區的礦井突出煤層石門揭煤巷道多采用U 鋼支護，或采取縮小錨索間排距等手段加強巷道的支護強度。但U 鋼支護為被動支護，勞動強度大，效率低，搬運物料風險大；縮小錨桿、錨索支護間排距不能完全杜絕由于煤體松軟導致的漏垮型冒頂。針對以上存在的問題，提出通過超前煤體注化學漿加固，巷道迎頭打設超前錨桿，依據煤層賦存位置及形態靈活選用長5～11 m 錨索支護，將錨索打設在穩固巖層中的巷道支護方案，通過礦壓觀測，表明該支護方案能有效杜絕拖煤掘進期間由于頂部煤體松軟、破碎導致的冒頂、片幫及瓦斯超限事故。

8206 運料石門掘進工作面東部以下8212 采空區為界，西部以-240 小青大巷為界，南部以-240大巷及主斜繞道為界，北部上8212 采空區為界，石門揭煤托頂煤段巷道層位位于粉砂巖到大煤底板之間，主要巖層為粉砂巖、中粒砂巖、粉砂泥質巖。石門揭煤自距大煤底板5 m 開始執行至摸大煤頂板結束，工程量共計25 m。

2 巷道支護設計

石門揭煤期間巷道采用直墻半圓拱斷面，凈寬×凈高=4.5 m×3.5 m，采用錨網噴支護[3]。錨桿選用L2.4 m、φ20 mm 的全螺紋高強錨桿，間排距為700 mm，螺母扭矩不小于200 N.m，抗拉拔力不小于130 kN[2]。

石門揭煤期間，每天早班打設2 個探測2 號煤層構造的超前探孔，直至石門揭煤工程結束，以控制煤層層位，掌握煤層賦存位置及形態，根據探煤情況，錨索選用φ21.8 mm、L5～11 m 的高強度低松弛鋼絞線[2]。錨索布置5 趟，間距1.4 m、排距1.4 m，預緊力不小于250 kN。正頂3 趟錨索配合弧形槽鋼垂直掘進方向使用，弧長3.0 m，3 孔布置，孔距1.4 m；兩幫2 趟錨索使用直槽鋼順掘進方向使用，長4.0 m，3 孔布置，孔間距1.4 m。當巷道頂板距大煤底板≥8 m 時，使用長度7.5 m 的錨索；當巷道頂板距大煤底板5～8 m 時，使用長度5 m 錨索；當巷道頂板距大煤底板≤5 m，使用長度11 m 的錨索，當巷道頂板距大煤底板≤3 m時，使用10 m 錨索[2]，保證錨索能錨固到頂板穩定巖層中。巷道全斷面鋪設雙層網，里層鋪設塑料網，外層使用鋼筋網。石門揭煤托煤掘進如圖1 所示，錨網索支護如圖2 所示。

圖1 石門揭煤托煤掘進預想剖面Fig.1 Preconceived section of cross-cut coal uncovering and coal driving

圖2 巷道錨網索支護設計示意Fig.2 Support design of roadway anchor cable

3 超前支護方案

超前支護采用打設超前錨桿及向煤體注射有機高分子材料固化煤體的方式加固頂板。

3.1 超前錨桿加固頂板

超前支護錨桿采用長度L2 400 mm、φ20 mm高強錨桿，錨桿間距≤180 mm[2]，錨桿布置于巷道輪廓線下100 mm 位置，與巷道輪廓線成+9°方向進行打設，每掘1.6 m 打設1 次，每循環打設不少于23 根，并采用2 卷K2335 和3 卷Z2335 型樹脂錨固劑進行全長錨固，超前錨桿打設如圖3、圖4所示。

圖3 超前錨桿打設Fig.3 Advanced bolt installation

圖4 煤體注漿Fig.4 Coal body grouting

3.2 頂部煤體固化加固頂板

托頂煤掘進期間為控制頂部煤體松軟造成巷道支護困難，采取注有機分子材料（化學漿） 的方式超前加固頂板，以提高煤體強度和完整性。注漿材料為凝聚Ⅰ號A 組分，凝聚Ⅰ號B 組分。配比為1∶1。設計單排注漿孔4 個，每孔孔深5 m，注漿管4 號鋼管，長度4 m，封孔段長1.5 m，孔徑28 mm，孔間距1 m。注漿孔開孔位置布置在巷道頂部輪廓線內側300 mm 處，順巷道方向打設，垂直打設角度為27°～45°，水平打設角度分別為6°、16°，注漿循環內控制煤體厚度3 500 mm，寬度8 100 mm，單孔漿液有效擴散半徑為1.2 m，注漿量為108 kg。煤體注漿情況如4 所示。

每班注完漿后，必須進行注水并對施工區域打設穿透性散熱鉆孔，注水設計孔深5 m，注水管長4～4.5 m，封孔段長1.5 m，孔徑28 mm，孔間距1 000 mm，均勻布置在注漿孔兩側各500 mm處。注水孔順巷道方向打設，角度與注漿孔保持一致。穿透性散熱鉆孔數量不少于3 個/m2。

4 石門揭煤巷道礦壓觀測

8206 石門揭煤巷道移近量觀測采用“十字布點法”進行觀測，如圖5 所示，每5 m 設置1 個測點，共設置5 個，石門揭煤自8 月20 日開始至9月12 日結束，連續觀測3 個月，巷道移近量變化最大值統計結果見表1。

表1 巷道移近量觀測統計結果Table 1 Statistical results of roadway convergence observation

圖5 十字布點法示意Fig.5 Signature of cross pointing method

通過井下現場觀測，托頂煤石門揭煤巷道成型良好，未出現幫鼓、網兜及頂板開裂情況，錨桿、錨索拉拔力均符合要求，巷道頂底板及兩幫最大移近量控制在22 mm，變形量控制在設計范圍內。

5 結 論

（1） 采用托頂煤煤體注射化學漿加固，可改變托頂煤煤體松散結構，提高煤體粘聚力和內摩擦角，迎頭巷道打設超前錨桿，巷道全斷面鋪設雙層塑料網，杜絕了石門揭煤掘進期間由于頂煤破碎導致漏垮型冒頂、瓦斯超限事故。

（2） 石門揭煤期間，根據打設探眼情況，掌握煤層賦存位置及形態，靈活選取5～11 m 長度錨索，可將錨索穩固在穩定巖層中，為錨索提供可靠著力基礎。

（3） 通過對巷道表面收斂觀測，錨桿、錨索拉拔力測試，礦壓觀測結果表明巷道變形量在設計允許范圍內，實現了快速、安全、高效揭煤。該石門揭煤巷道支護方案較傳統U 鋼支護，具有勞動強度底、成本低、施工速度快，安全可靠等優點，已成功運用于羊東礦8268 運煤石門、8206 運料石門揭煤工作面中，具有推廣價值。