聯(lián)合支護(hù)技術(shù)在巷道過斷層帶中的應(yīng)用

王雁南

（山西煤炭進(jìn)出口集團(tuán)左云長春興煤業(yè)有限公司， 山西 大同 037100）

1 長春興煤礦307 回風(fēng)順槽概述

長春興煤礦307 回風(fēng)順槽設(shè)計(jì)長度為1 970 m，巷道掘進(jìn)煤層為22 號層，平均厚度為9.76 m，巷道凈斷面寬4 600 mm，高3 500 mm，為回風(fēng)、運(yùn)料、兼作行人巷。307 巷采用EBZ 型掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn)，截止2019 年4 月巷道已掘進(jìn)780 m，根據(jù)長春興煤礦地質(zhì)科提供資料顯示，巷道掘進(jìn)至792 m 處時(shí)揭露一條正斷層F9，斷層落差為1.5 m，傾角為48°，由于307 巷道掘進(jìn)煤層厚度大，巷道掘進(jìn)過程中預(yù)留頂煤厚度達(dá)5.0 m，巷道掘進(jìn)期間受斷層影響頂板穩(wěn)定性差，極易破碎，當(dāng)巷道掘進(jìn)至775 m 處時(shí)頂板出現(xiàn)斷層應(yīng)力顯現(xiàn)現(xiàn)象，導(dǎo)致巷道頂板破碎、片幫現(xiàn)象，隨著巷道掘進(jìn)延伸，應(yīng)力對巷道圍巖破壞加重，嚴(yán)重制約著巷道安全、高效掘進(jìn)；針對這一技術(shù)難題，長春興煤礦合理分析了原支護(hù)主要存在的弊端，并進(jìn)行優(yōu)化，采取“鋼棚+注漿”聯(lián)合支護(hù)技術(shù)[1-2]。

2 原巷道支護(hù)形式及存在弊端

2.1 傳統(tǒng)支護(hù)形式

傳統(tǒng)支護(hù)方式主要采用錨索聯(lián)合支護(hù)方式，主要的支護(hù)設(shè)備有錨桿、錨索、鋼帶，錨桿長度為2.4 m，直徑為22 mm，頂板支護(hù)具體布置參數(shù)如下：頂板每排布置6 根錨桿，錨桿間距為0.9 m，排距為1.0 m，每排錨桿外露端安裝一根W 型鋼帶，鋼帶與巷幫垂直布置。

頂板每排布置3 根錨索，錨索布置在相鄰兩排鋼帶之間，錨索間距為1.5 m，排距為3.0 m，錨索長度為6.3 m，直徑為17.8 mm，錨索外露端安裝一根長度為0.6 m11 號工字鋼梁。

2.2 存在的弊端

1）掘進(jìn)工作面推進(jìn)至780 m 處進(jìn)入斷層破碎帶時(shí)，工作面在繼續(xù)推進(jìn)時(shí)發(fā)生頂板大面積破碎的情況，傳統(tǒng)的支護(hù)已經(jīng)無法滿足支護(hù)要求，頂板的錨桿、錨索常常發(fā)生折斷的情況。

2）之前的支護(hù)采用的棱形金屬網(wǎng)的長寬分別為2.4 m、1.2 m，由于這種規(guī)格的金屬網(wǎng)支護(hù)效果較差，很容易在頂板的較大壓力下出現(xiàn)網(wǎng)兜。

3）原支護(hù)設(shè)計(jì)中錨桿長度有限，而斷層下盤頂板三角煤柱的厚度較厚，錨桿的錨固端無法插入到堅(jiān)硬的巖石層中，導(dǎo)致錨桿無法對煤壁起到懸吊效果；同時(shí)由于斷層帶的頂板壓力較大，受采用影響及構(gòu)造應(yīng)力的作用下很難預(yù)留三角煤柱，為巷道正常的推進(jìn)增加了難度。

3 聯(lián)合支護(hù)技術(shù)應(yīng)用分析

通過對巷道的實(shí)際地質(zhì)條件分析，決定采用在斷層帶鋪設(shè)工字鋼棚，并對三角煤柱的破碎處進(jìn)行注漿的方式對頂板進(jìn)行支護(hù)。

3.1 鋪設(shè)工字鋼棚

1）工字鋼棚的安裝位置從距離斷層帶30 m 開始到通過斷層帶30 m 位置，按照工字鋼棚1.0 m 的間距計(jì)算，共需安裝50 架工字鋼棚。

2）工字鋼棚由以下部件組成：1 節(jié)棚梁、2 節(jié)棚腿、棚腿底座。棚梁與棚腿的長度分別為5.0 m、3.5 m，并用螺母將棚腿與底座進(jìn)行緊固。

3）為了增加工字鋼棚的穩(wěn)定性，在鋪設(shè)工字鋼棚前需對底座的浮煤進(jìn)行清理，并通過拉線將兩個(gè)棚腿的底座繼續(xù)固定，確保兩個(gè)底座處于一個(gè)水平面。

4）棚腿、棚梁的安裝要在底座安裝完畢后進(jìn)行，由于巷道的頂板較高，需要采用長度較長的棚腿，而棚腿較高又會(huì)導(dǎo)致工字鋼棚的穩(wěn)定性下降，需對棚腿施工固定錨桿將棚腿與巷幫進(jìn)行有效固定。

5）棚腿與棚梁之間采用卡蘭進(jìn)行緊固，緊固完成后還要對螺母的預(yù)緊力進(jìn)行檢查，確保每個(gè)螺母的預(yù)緊力大于100 N·m。

6）工字鋼棚安裝完畢后采用長寬分別為1.2 m、0.3 m 水泥背板將頂梁與頂板的間隙、巷幫與棚腿的間隙進(jìn)行填充，確保頂梁與頂板、巷幫與棚腿之間沒有間隙且貼合嚴(yán)密。

3.2 注漿支護(hù)工藝

為了提高破碎頂板整體穩(wěn)定性決定在頂板破碎位置施工注漿孔，并采用注漿泵將混合黏接劑注入到鉆孔內(nèi)，待混合液安全凝固后提高頂板的穩(wěn)定性。具體的施工過程如下：

1）當(dāng)工作間推進(jìn)至斷層破碎位置后，在距離頂板1.2 m 的位置并與頂板成10°的方向施工一排注漿鉆孔，每排布置4 個(gè)，相鄰鉆孔的距離為1.2 m，巷幫兩側(cè)的鉆孔與巷幫成60°，如圖1 所示。

圖1 307 回風(fēng)順槽過斷層帶聯(lián)合支護(hù)斷面示意圖（未標(biāo)單位：mm）

2）待全部鉆孔施工完畢后，采用注漿泵將馬麗散與催化劑按照相同比例合成的混合液注入到鉆孔內(nèi)，確保注漿期間泵壓不得低于3.5 MPa。

3）當(dāng)注漿孔附近的破碎頂板有黏接劑滲出時(shí)及時(shí)停鉆并對鉆孔進(jìn)行封堵，等待3 h 后混合液全部凝固后方可繼續(xù)掘進(jìn)。

4）第二排施工注漿孔與第一排注漿孔的間距為3 m，按照相同的工藝進(jìn)行施工，直至巷道完全過斷層帶[3-5]。

4 結(jié)語

截止目前307 回風(fēng)順槽已掘進(jìn)到位，對307 回風(fēng)順槽過F9 斷層區(qū)采取聯(lián)合支護(hù)技術(shù)后，通過30 d現(xiàn)場觀察發(fā)現(xiàn)，由于巷道掘進(jìn)后8 d 范圍內(nèi)應(yīng)力區(qū)圍巖應(yīng)力重新分配，圍巖出現(xiàn)塑性變形現(xiàn)象，圍巖變化量相對較大，主要表現(xiàn)在頂板出現(xiàn)下沉，下沉量為0.15 m，兩幫收縮量為0.26 m，在8 d 后圍巖趨于穩(wěn)定，圍巖變形量趨于零。

采取聯(lián)合支護(hù)技術(shù)后巷道在過應(yīng)力區(qū)期間未出現(xiàn)頂板破碎、煤壁片幫現(xiàn)象，提高了頂板承載能力及膠結(jié)穩(wěn)定性，保證了頂板錨桿（索）支護(hù)效果，頂板錨桿失效率控制在3%以下。