掘進巷道破碎頂板支護技術應用

趙 相

（山西潞安集團左權五里堠煤業(yè)有限公司，山西 晉中 032600）

1 概 述

山西潞安集團左權五里堠煤業(yè)有限公司2101膠帶順槽東為2101 工作面，西為未開采區(qū)，南為2101 工作面切眼，北為下組煤集中回風、集中膠帶、集中輔助運輸下山。2101 膠帶順槽設計長度為1400 m，巷道掘進煤層為15#煤層，煤層平均厚度為6.17 m，巷道為矩形斷面，斷面規(guī)格寬×高=4.5 m×3.5 m。巷道沿15#煤層底板進行掘進，開口位置在下組煤集中回風下山內南幫，距下組煤消防材料庫84 m，距2101 工作面膠帶順槽23 m。2101 工作面膠帶順槽開口及聯(lián)巷采用炮掘，2101工作面膠帶順槽（向南掘進）采用機掘。截至目前巷道已掘進465 m。

根據地質探測發(fā)現，2101 膠帶順槽巷道東部37 m 處存在一條X4 陷落柱，陷落柱長軸長為61 m，短軸長為27 m，長軸與2101 膠帶順槽掘進方向成19°夾角布置，陷落柱與巷道最小垂直距離為18 m。受陷落柱影響，巷道掘進至450 m 處時巷道位于陷落柱側頂板出現局部破碎現象，隨著巷道不斷掘進，巷道掘進至462 m 處時頂板出現嚴重下沉現象，支護效果較差。

2 應力區(qū)支護方案分析

為了保證2101 膠帶順槽安全快速過X4 陷落柱應力區(qū)，提出了“架棚”“密集錨桿（索）”“注漿+錨棚”三種支護方案[1-5]進行比選。

2.1 方案一：架棚支護

2101 膠帶順槽掘進過程中滯后工作面5.0 m 處開始架設密集矩形工字鋼棚+頂板金屬網，鋼棚架設間距為0.5 m。鋼棚配合頂板金屬網，可有效防止頂板受應力作用出現瞬間垮落、坍塌事故，但鋼棚支護屬于被動支護，鋼棚無法產生控制頂板變形、下沉的主動支撐應力，鋼棚支護隨頂板應力及下沉量加大所承受的圍巖擠應力也隨之增加，從而實現對圍巖變形、破碎、下沉現象進行被動控制作用。在鋼棚支護用于高應力圍巖時，隨著鋼棚本身載荷應力增加，自身變形量也隨之增加，而且大斷面、大應力環(huán)境加劇了鋼棚變形破壞速度，最終導致鋼棚易出現支護變形、斷裂現象。

2.2 方案二：密集錨桿（索）支護

密集錨桿（索）支護是巷道支護后對變形、破碎區(qū)域補打錨桿（索）進行加強支護。對于穩(wěn)定圍巖或新開巷道采用錨桿（索）支護時可有效阻止圍巖裂隙變形破壞，支護體在圍巖內產生組合梁（拱）作用并形成圍巖次生承載結構，從而充分發(fā)揮圍巖承載能力。由于2101 膠帶順槽在X4 陷落柱應力破壞作用下，頂板圍巖已產生破壞，巖體內部承載結構穩(wěn)定性降低或消失，巖體裂隙高度發(fā)育，若采用密集錨桿（索）支護時，桿體錨固后預緊時裂隙阻斷了預應力傳遞，易導致錨桿支護效果差，對頂板裂隙巖體失去約束作用，在應力作用下巖體從表面向深部產生嚴重裂隙擴容破壞，錨桿（索）支護無法得到有效控制作用。

2.3 “注漿+錨棚”聯(lián)合支護技術

經上分析，前兩種方案不能有效對陷落柱影響區(qū)的圍巖進行有效支護，經研究決定采取“注漿+錨棚”支護方式，主要是對頂板裂隙巖體進行注漿，對破碎巖體進行重組，然后采用錨索鋼棚進行加強支護，從而起到提高頂板穩(wěn)定性的目的。

2.3.1 注漿加固

（1）注漿加固目的：通過對應力區(qū)巖體擴張裂隙高壓注入注漿材料，對裂隙帶進行充分填充、粘接，減少裂隙帶數量，降低裂隙擴張破壞作用，對破碎圍巖進行粘接重組，形成穩(wěn)定的連續(xù)體，從而提高頂板整體穩(wěn)定性。

（2）采用ZQS-65/2.5 防突鉆機對頂板施工一排斜角鉆孔，每排3 個，鉆孔深度為4.0 m，鉆孔間距為1.5 m，鉆孔與頂板夾角為60°，鉆孔排距為5.0 m。

（3）注漿鉆孔施工完后，在鉆孔內埋入注漿軟管，孔口處安裝一個封孔器，將注漿軟管與ZBYSB66/13-7.5型雙液注漿泵連接進行高壓注漿。

（4）注漿材料采用FSS 無機化學加固材料，該材料主要由A、B 兩種成分組成，凝固后生成高強度聚合體，具有粘接性強、流動性好等優(yōu)點。注漿施工過程中應合理控制注漿壓力，在1.0～1.5 MPa范圍內，注漿3 h 后方可繼續(xù)進行下一步掘進支護工作。

2.3.2 錨棚支護

（1）錨棚支護作用：主要采用鋼棚與錨桿（索）聯(lián)合對頂板進行支護。在頂板應力較小時，錨桿（索）支護對頂板圍巖變形、破碎進行有效控制；當頂板出現大應力變形時，鋼棚對圍巖產生被動支撐作用，控制和降低巖體裂隙擴張破壞，實現應力區(qū)圍巖主動、被動同步聯(lián)合支護的目的。

（2）鋼棚支護結構：每架鋼棚支護主要由梯形棚（可調角度）、三根恒阻錨索組成。梯形棚主要由頂梁、棚腿、底座組成，頂梁長度為4.2 m，寬度為0.15 m，頂梁上方均勻焊制三個錨索支護孔，孔間距為1.5 m，在頂梁端頭焊制兩個長度為0.3 m、寬度為0.08 mm 活動孔；恒阻錨索長度為6.0 m，直徑為21.8 mm。

（3）支護工藝：① 首先采用MT-130 型鉆機對巷道頂板施工一排錨索支護鉆孔，并對鉆孔錨注恒阻錨索；② 對錨索外露端安裝一根梯形棚頂梁，并采用鎖具進行預緊，頂梁在安裝時保證頂梁與巷道中心線垂直；③ 頂梁安裝后將兩根棚腿與頂梁活動孔對接，棚腿安裝后保證棚腿與頂梁成75°夾角，鋼棚架設排距為2.0 m，如圖1。

2.3.3 實際應用效果分析

2101 膠帶順槽從465 m 處開始對應力區(qū)頂板采取“注漿+錨棚”聯(lián)合支護，至2019 年3 月已完全過X4 陷落柱應力區(qū)。通過1 個月實際應用效果觀察發(fā)現，支護后0～9 d 范圍內由于頂板重新組合，頂板出現局部蠕動變形現象，頂板下沉量0.22 m，但是頂板在下沉過程中未出現斷裂破碎現象，仍然較為完整。在頂板下沉過程中錨索對頂板起到懸吊支撐作用，頂板下沉后鋼棚對頂板產生一個被動支撐作用力，阻止頂板進一步下沉，在9～22 d 頂板下沉量逐漸減小，在22 d 后頂板趨于穩(wěn)定。

3 結束語

針對2101 膠帶順槽應力區(qū)段頂板下沉、破碎現象，提出了“注漿+錨棚”聯(lián)合支護技術。采取聯(lián)合支護技術后有效提高了破碎頂板的穩(wěn)定性，控制了頂板變形量，保證了安全生產。