鋼棚+注漿支護(hù)在煤巷過斷層破碎帶中應(yīng)用

高 輝

1 工程概述

大同煤礦集團(tuán)永定莊煤業(yè)公司井田內(nèi)共分為兩個(gè)盤區(qū)，即南盤區(qū)和北盤區(qū)，盤區(qū)內(nèi)回采煤層為3#～5#煤層，煤層平均厚度為14.38 m，煤層結(jié)構(gòu)復(fù)雜，煤體結(jié)構(gòu)為構(gòu)造煤，煤層傾角為1°～7°，平均傾角為4°，煤層中存在夾矸石，矸石巖性主要以泥巖、砂巖為主。2106巷位于北盤區(qū)，巷道以南為北部盤區(qū)巷，西部距工作面500 m為8103工作面；2106巷為8106綜放工作面運(yùn)輸巷（運(yùn)輸順槽），巷道設(shè)計(jì)走向長度為991.4 m，巷道斷面規(guī)格為寬×高=5.3 m×3.6 m，沿煤層底板掘進(jìn)，留頂煤，煤層厚度為14.38 m，煤層中間夾雜一層巖石層，厚度為1.5 m，2106巷掘進(jìn)時(shí)沿煤層底板以該巖石層為頂板掘進(jìn)。該巖石層主要以炭質(zhì)泥巖、細(xì)粉砂巖混合為主，巖石層繼續(xù)往上為煤層，平均厚度為9 m，2106巷從北盤區(qū)軌道巷開口施工，已掘進(jìn)790 m。根據(jù)礦地測科提供的2106巷水文地質(zhì)資料顯示，巷道掘進(jìn)至850 m處將揭露一條F1正斷層，斷層落差為2.0 m，傾角為45°，掘進(jìn)側(cè)為斷層上盤，巷道頂板下移；通過設(shè)計(jì)2106巷掘進(jìn)至斷層帶處時(shí)將以6°斜坡留下盤頂煤上山掘進(jìn)，巷道高度不變，當(dāng)巷道掘進(jìn)20 m遇斷層下盤頂板巖石層，此時(shí)繼續(xù)沿頂?shù)装迤叫芯蜻M(jìn)。當(dāng)巷道掘進(jìn)至840 m處進(jìn)入斷層破碎區(qū)域，在構(gòu)造應(yīng)力的作用下施工巷道進(jìn)入斷層破碎區(qū)域頂板出現(xiàn)破碎、離層現(xiàn)象，當(dāng)巷道過斷層帶上山掘進(jìn)時(shí)斷層下盤頂煤難以預(yù)留，出現(xiàn)頂板大面積冒落現(xiàn)象。采用傳統(tǒng)的錨桿、錨索支護(hù)無法滿足施工需求，對此機(jī)掘四隊(duì)通過技術(shù)研究，決定對2106巷過斷層破碎帶時(shí)頂板采用鋼棚+注漿聯(lián)合支護(hù)，力求保證施工巷道安全順利過斷層破碎帶。

2 原2106巷支護(hù)形式及存在問題分析

2.1 2106巷傳統(tǒng)支護(hù)形式

2106巷初步支護(hù)設(shè)計(jì)中頂板采用錨桿、錨索、W型鋼帶聯(lián)合支護(hù)，頂板采用長度為2.4 m左旋無縱筋螺紋鋼錨桿，直徑為22 mm，頂板每排施工7根錨桿，間排距為0.8 m；頂板錨索采用長度為8.3 m，直徑為21.8 mm預(yù)應(yīng)力鋼絞線，每排施工三根錨索，錨索間排距為1.6 m；頂板W型鋼帶長度為5.1 m，寬度為0.28 m，W型鋼帶與錨桿配套施工。見圖1。

2.2 存在的問題

(1)當(dāng)2106巷施工至840 m進(jìn)入F1斷層破碎帶，此時(shí)施工巷道頂板出現(xiàn)大面積破碎現(xiàn)象，頂板壓力加大，頂板錨桿、錨索預(yù)緊力不能滿足支護(hù)需求，從而造成支護(hù)失效嚴(yán)重如錨桿折斷、錨索錨固力下降等。

（2）傳統(tǒng)支護(hù)設(shè)計(jì)中頂板鋪設(shè)長度為2.4 m，寬度為1.2 m棱形金屬網(wǎng)，在F1斷層破碎區(qū)域金屬網(wǎng)維護(hù)效果差，出現(xiàn)大面積網(wǎng)兜現(xiàn)象。

（3）當(dāng)2106巷過F1斷層帶后按6°斜坡上山掘進(jìn)時(shí)，由于斷層下盤頂板三角煤柱最厚處達(dá)2.0 m，而頂板采用錨桿長度為2.4 m，此時(shí)錨桿錨固端處于煤層與巖石層之間，錨桿錨桿效果差。同時(shí)在上山掘進(jìn)時(shí)受構(gòu)造應(yīng)力影響三角煤柱破碎嚴(yán)重難以預(yù)留，出現(xiàn)冒頂現(xiàn)象，加大了巷道施工難度。

3 鋼棚+注漿聯(lián)合支護(hù)應(yīng)用

大斗溝煤業(yè)公司機(jī)掘四隊(duì)通過技術(shù)研究，對2106巷過斷層帶期間頂板破碎區(qū)域架設(shè)密集工字鋼棚，并對上山掘進(jìn)區(qū)域頂板三角煤柱采用注漿進(jìn)行維護(hù)，具體施工方法如下。

3.1 架設(shè)工字鋼棚施工方法

（1）在2106巷掘進(jìn)至840 m處開始架設(shè)工字鋼棚，直至施工巷道過斷層破碎帶20 m后停止架設(shè)，鋼棚間距為1.0 m，共計(jì)架設(shè)30架。

（2）工字鋼棚主要有棚腿底座、兩節(jié)棚腿和一節(jié)棚梁組成，棚腿長度為3.5 m，棚梁長度為5.0 m，棚腿與棚梁之間采用卡纜固定，棚腿與底座采用連接螺母固定。

（3）在架設(shè)鋼棚前首先將穩(wěn)賺底座處底板浮煤清理干凈確保底座平穩(wěn)，為防止底座不平造成鋼棚架設(shè)不牢固可通過拉線得方式確定兩個(gè)底座安裝在同一水平面上。

（4）底座安裝后依次對接棚腿、棚梁，由于棚腿較長，為確保棚腿安裝后穩(wěn)固在棚腿中部焊至一個(gè)直接為25 mm圓孔，然后施工固定錨桿將其與巷幫固定，見圖1。棚腿與棚梁采用卡纜固定時(shí)必須確?？ɡ|螺母預(yù)緊力不得低于100 N·m。

（5）當(dāng)相鄰兩架鋼棚架設(shè)完后分別在頂梁與頂板之間，棚腿與巷幫之間填塞水泥背板，水泥背板規(guī)格為長×寬=1.2 m×0.3 m，水泥背板填充后必須確保背板與頂板、巷幫接觸嚴(yán)實(shí)。

圖1 2106巷過斷層破碎帶永久支護(hù)及鋼棚支護(hù)

3.2 注漿支護(hù)施工方法

注漿支護(hù)即在工作面施工注漿鉆孔，然后用高壓注漿泵向鉆孔內(nèi)注射混合比凝固液，從而得到加強(qiáng)破碎煤體膠結(jié)穩(wěn)定性的目的，2106巷過斷層時(shí)注漿支護(hù)施工方法具體如下：

（1）當(dāng)2106巷施工至845 m處時(shí)對頂板施工注漿支護(hù)，注漿孔施工在距工作面頂板1.2 m處，每排施工四個(gè)注漿鉆孔，鉆孔間距為1.3 m，注漿鉆孔與頂板成10°夾角布置，靠近兩幫鉆孔與巷幫成60°夾角布置，鉆孔深度為5.0 m，見圖2。

（2）當(dāng)工作面注漿鉆孔施工完后采用型號為ZKDY50-70高壓注漿泵進(jìn)行注漿，注漿壓力不得地獄3.5 MPa，注漿液采用馬麗散與催化劑混合比為1∶1混合液。

（3）在注漿過程中當(dāng)破碎煤體出現(xiàn)漿液滲出時(shí)停止注漿并及時(shí)對注漿孔進(jìn)行封孔，注漿5 h后施工巷道方可繼續(xù)掘進(jìn)。

（4）當(dāng)巷道掘進(jìn)3 m 后施工第二排注漿鉆孔并進(jìn)行注漿，施工工藝與第一排相同，直至2106巷上山掘進(jìn)完成。

圖2 2106巷過斷層破碎帶注漿支護(hù)

4 結(jié)語

大同煤礦集團(tuán)永定莊煤業(yè)公司2106巷過斷層破碎帶時(shí)，采用鋼棚支護(hù)解決了施工巷道在斷層破碎帶處頂板壓力加大傳統(tǒng)的錨桿、錨索支護(hù)失效、支護(hù)效果差等難題，同時(shí)對斷層下盤頂板三角煤柱采用注漿支護(hù)大大提高了破碎煤體的膠結(jié)穩(wěn)定性。實(shí)踐證明2106巷采用鋼棚+注漿聯(lián)合支護(hù)過斷層破碎帶時(shí)巷道掘進(jìn)量達(dá)5 m/d，比計(jì)劃提前3d完成任務(wù)，在過斷層破碎帶期間未發(fā)生一起人員傷亡、機(jī)電設(shè)備損壞等安全事故，取得了顯著的經(jīng)濟(jì)安全效益、經(jīng)濟(jì)效益。

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