巷道留頂區(qū)安全支護(hù)技術(shù)應(yīng)用

蘇江波

（山西焦煤霍州煤電集團(tuán)安全管理中心，山西 霍州 031400）

1 工程概述

霍州煤電集團(tuán)三交河煤礦205 回風(fēng)順槽井下位于+850 m 水平南翼，工作面東側(cè)20 m 為10-203 采空區(qū)，西側(cè)為實(shí)體煤，南端為實(shí)體煤，北端為下組煤輔助運(yùn)輸巷。205 回風(fēng)順槽正巷及系統(tǒng)巷總長度為1750 m，其中系統(tǒng)巷150 m，正巷1600 m，巷道沿10#煤層底板掘進(jìn)。10#煤層厚度為1.6～2.0 m，平均煤厚1.8 m，煤層厚度穩(wěn)定，夾矸為泥巖。頂?shù)装鍘r性見表1。

表1 205 回風(fēng)順槽掘進(jìn)煤層頂?shù)装鍘r性表

205 回風(fēng)順槽系統(tǒng)巷設(shè)計(jì)斷面規(guī)格為寬×高=4.3 m×3.3 m，巷道從原204 運(yùn)料繞道開口施工系統(tǒng)巷AB 段，巷道掘進(jìn)20 m 后按設(shè)計(jì)右拐彎施工CD 段，施工長度為90 m，如圖1。

圖1 205 回風(fēng)順槽系統(tǒng)巷平剖面示意圖（mm）

2 巷道掘進(jìn)現(xiàn)狀

2.1 掘進(jìn)及運(yùn)輸系統(tǒng)

1）205 回風(fēng)順槽系統(tǒng)巷采用EBZ260 型掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn)，采用2 部SSJ-800 型帶式輸送機(jī)與盤區(qū)帶式輸送機(jī)聯(lián)合出煤，其中第一部輸送機(jī)安裝在原203運(yùn)輸順槽機(jī)頭段，長度為60 m，第二部與第一部搭接。二部輸送機(jī)機(jī)尾安裝在系統(tǒng)巷開口處，采用防爆耙?guī)r機(jī)裝煤至帶式輸送機(jī)上運(yùn)出。

2）系統(tǒng)巷AB 段沿10#煤層底板掘進(jìn)，掘進(jìn)到位后以4°上山掘進(jìn)CD 段，掘進(jìn)30 m 后進(jìn)入下組煤輔助運(yùn)輸巷，層間距為1.5 m。巷道過輔助運(yùn)輸巷頂板后以7°下山掘進(jìn)，直至與回風(fēng)巷貫通。

2.2 巷道掘進(jìn)現(xiàn)狀

2021 年7 月12 日205 回風(fēng)順槽系統(tǒng)巷CD 段掘進(jìn)42 m，巷道已過輔運(yùn)巷里9.5 m。地測科在38 m 處給定3#控制點(diǎn)，控制點(diǎn)共計(jì)3 個(gè)，主要控制巷道掘進(jìn)中線及腰線，中線為進(jìn)向左幫為1.84 m，進(jìn)向右?guī)蜑?.46 m，腰線為線上0.6 m，線下為2.7 m；巷道掘進(jìn)至42 m 處時(shí)實(shí)測腰線線上為2.3 m，腰下為2.6 m，巷道超高1.3 m。若按目前巷道掘進(jìn)高度需以11°下山掘進(jìn)方可與回風(fēng)巷貫通。

若巷道按11°下山掘進(jìn)時(shí)掘進(jìn)坡度大，巷道短，巷道后期掘進(jìn)撤退難度大且不利于煤矸運(yùn)輸及正常通風(fēng)，因此巷道掘進(jìn)至37 m 處開始留頂掃底掘進(jìn)，初次留頂高度為0.6 m，具體留頂方案如下：

1）初次留頂高度為0.6 m，首先在頂板下方0.6 m 施工一排超前支護(hù)，支護(hù)體采用直徑30 mm 圓鋼，每排布置8 根，布置間距0.6 m，在留頂區(qū)迎頭煤壁布置一排護(hù)幫。

2）對留頂區(qū)煤壁支護(hù)完成后，掘進(jìn)機(jī)機(jī)頭從超前支護(hù)下方進(jìn)行掘進(jìn)，當(dāng)掘進(jìn)0.9 m 后及時(shí)施工一排錨桿支護(hù)。為了保證巷高，留頂后掘進(jìn)機(jī)后退至34 m 處進(jìn)行掃底，確保腰線高度為2.7 m。依次類推直至留頂后腰線點(diǎn)至頂板高度為0.6 m，需3次留頂。

3）由于受不穩(wěn)定性直接頂影響，巷道在初次留頂時(shí)出現(xiàn)頂板垮落，巷道迎頭出現(xiàn)“倒三角”煤柱，造成留頂區(qū)錨桿（索）支護(hù)失效嚴(yán)重。

3 留頂區(qū)支護(hù)及施工工藝優(yōu)化

由于留頂區(qū)圍巖失穩(wěn)嚴(yán)重且伴隨著冒漏現(xiàn)象，采用傳統(tǒng)錨桿、錨索支護(hù)效果差，無法實(shí)現(xiàn)頂板預(yù)留，決定對原頂板支護(hù)進(jìn)行優(yōu)化，采用“斜孔注漿+改良管棚支護(hù)+雙L 型錨索鋼棚+人工假頂”聯(lián)合支護(hù)技術(shù)[1-5]。

3.1 斜孔注漿

為了實(shí)現(xiàn)一次性留頂，決定留頂高度為1.7 m，并對留頂區(qū)不穩(wěn)定巖體采取斜孔注漿加固。

1）注漿斜孔布置。205 回風(fēng)順槽系統(tǒng)巷迎頭留頂區(qū)巖體上共計(jì)布置2 排，第一排布置頂板下方0.5 m 處，第二排布置在頂板下方1.5 m 處。鉆孔深度為5.0 m，直徑為45 mm。

2）每排布置3 個(gè)注漿孔，鉆孔間距為1.5 m，上排鉆孔以30°仰角布置，兩邊鉆孔以20°水平角布置，下排鉆孔垂直煤壁布置。

3）注漿鉆孔施工完后，對鉆孔內(nèi)安裝注漿軟管并安裝止?jié){塞，采用注漿泵進(jìn)行注漿施工。注漿材料采用高強(qiáng)度硅酸鹽水泥與水玻璃混合漿液。

3.2 改良管棚支護(hù)

傳統(tǒng)超前管棚支護(hù)在支護(hù)過程中雖然起到梁效應(yīng)，但是在實(shí)際支護(hù)過程中當(dāng)上覆巖體出現(xiàn)破斷、下沉?xí)r，管棚支護(hù)會出現(xiàn)嚴(yán)重變形現(xiàn)象，超前支護(hù)效果差，所以決定對留頂區(qū)施工改良管棚支護(hù)。

1）改良超前管棚支護(hù)主要由中空鋼管、槽鋼、螺母等部分組成。中空鋼管長度為3.0 m，直徑為30 mm，一端設(shè)置為銷尖狀，另一端設(shè)置為絲扣結(jié)構(gòu)；槽鋼長度為1.5 m，寬度為0.12 m，鋼梁上焊制3 個(gè)支護(hù)孔，孔直徑為30 mm，間距為0.6 m。

2）管棚支護(hù)施工工序如下：① 先在設(shè)計(jì)留頂位置施工一排超前管棚支護(hù)，每排布置15 根，布置間距為0.25 m；② 施工完管棚支護(hù)后，在每3 根管棚端頭安裝一根槽鋼，采用螺母進(jìn)行固定；③ 槽鋼垂直管棚布置，槽鋼與留頂煤柱之間采用1 根長度為2.0 m 錨桿進(jìn)行固定。

3.3 L 型錨索鋼棚

1）管棚及注漿施工完后，開始沿預(yù)留頂板掘進(jìn)，掘進(jìn)深度為0.5 m，掘進(jìn)后及時(shí)對頂板施工一排W型鋼帶。為了控制留頂區(qū)肩角煤垮落，對留頂后前10 m 范圍內(nèi)施工5 排雙L 型錨索鋼棚。

2）雙L 型鋼棚每組2 架，鋼棚采用12#槽鋼焊制而成，長邊長為2.2 m，短邊長為1.5 m，長邊上焊制3 個(gè)錨索支護(hù)孔，孔間距為1.0 m，短邊上焊制一個(gè)錨索支護(hù)孔，位于短邊中部。每組L 型鋼棚長邊端頭采用插銷式對接，對接后端頭錨索孔重合。

3）雙L 型鋼棚具體施工工序如下：① 留頂后每掘進(jìn)1.8 m 施工一組雙L 型鋼棚，首先將2 架鋼棚對接并采用2 根長度為8.3 m、直徑為21.8 mm的恒阻錨索將其固定在頂板上；② 同一組鋼棚對接后，在對接處施工一根錨索，對L 型鋼棚短邊安裝1 根長度為4.3 m、直徑為21.8 mm 的恒阻錨索，錨索以15°仰角布置。

3.4 人工假頂施工

由于留頂高度為1.7 m，巷道在后期掘進(jìn)過程中留頂臺階處很容易出現(xiàn)窩風(fēng)瓦斯積聚現(xiàn)象，決定對留頂臺階處施工人工假頂。

1）留頂臺階位于巷道CD 段42 m 處，在巷道34～42 m 處施工人工假頂，人工假頂采用工字鋼吊棚、W 型鋼帶、鋼筋網(wǎng)、道木進(jìn)行聯(lián)合施工。

2）首先在假頂區(qū)施工4 排錨索吊棚，吊棚布置間距為2.0 m，第一架吊棚施工距留頂臺階0.5 m處，第一架吊棚施工高度為1.7 m，第二架施工高度為1.3 m，第三架施工高度為0.9 m，第四架施工高度為0.5 m。

3）4 架錨索吊棚施工完后，在其上方依次鋪設(shè)W 型鋼帶及鋼筋網(wǎng)，W 型鋼帶每排布置2 根，每根長度為4.0 m，共計(jì)鋪設(shè)鋼帶5 排。每片鋼筋網(wǎng)長度為2.5 m，寬度為1.5 m。

4）鋼帶鋪設(shè)完成后，對上覆鏤空區(qū)鋪設(shè)“井”字型木垛，道木長度為1.2 m，寬度為0.15 m，每排布置3 組，每2.0 m 施工一排，共計(jì)施工3 排木垛。如圖2。

圖2 205 系統(tǒng)巷超高留頂區(qū)支護(hù)剖面示意圖（mm）

4 結(jié)語

1）采用注漿加固法，對留頂區(qū)不穩(wěn)定圍巖二次膠結(jié)重組，提高了圍巖內(nèi)摩擦角及自身承載強(qiáng)度，煤巖體單軸抗壓強(qiáng)度提高至35 MPa，為后期一次性留頂?shù)於ɑA(chǔ)。

2）對留頂區(qū)施工改良超前管棚支護(hù)，解決了傳統(tǒng)管棚支護(hù)在應(yīng)力作用下出現(xiàn)變形、超前支護(hù)效果差等難題，實(shí)現(xiàn)了超前支護(hù)與永久支護(hù)協(xié)同支護(hù)的目的。

3）與傳統(tǒng)錨索棚相比，雙L 型鋼棚支護(hù)強(qiáng)度高，在對頂板支護(hù)過程中可聯(lián)鎖控制肩角煤柱破碎、垮落現(xiàn)象。通過現(xiàn)場實(shí)際應(yīng)用效果來看，巷道預(yù)留頂板過程中肩角煤柱未出現(xiàn)垮落。

4）對留頂超高區(qū)施工人工假頂后，解決了超高區(qū)瓦斯積聚現(xiàn)象，提高了超高區(qū)頂板承載強(qiáng)度，避免了超高區(qū)頂板在留頂臺階切頂作用下出現(xiàn)頂板斷裂、垮落現(xiàn)象。