巷道應力破碎頂板加強支護技術(shù)應用

畢永黔

（山西潞安集團余吾煤業(yè)有限責任公司，山西 長治 046100)

巷道掘進時破壞了原巖穩(wěn)定狀態(tài)，通過施工錨桿（索）對圍巖松動圈進行控制，從而達到預防圍巖破碎、變形的目的。當巷道掘進后再次受到應力破壞作用，會造成巷道圍巖穩(wěn)定性降低，應力在圍巖裂隙巖體產(chǎn)生擴張破壞作用，導致圍巖支護失效，增加了巷道支護難度及費用，且在二次支護過程中很容易發(fā)生頂板冒落等事故。對于受應力破壞巷道采取合理有效地加強支護措施，對巷道圍巖控制、巷道成型等具有重要意義[1-5]。本文以余吾煤礦N1206 回風順槽為例，對巷道應力區(qū)提出了“注漿+架設T 型雙梁鋼棚”聯(lián)合加強支護技術(shù)。

1 概述

3#煤層平均厚度為6.34 m，有0.2 m 厚的炭質(zhì)泥巖偽頂，直接頂主要以砂質(zhì)泥巖、高嶺質(zhì)泥巖、粉砂巖及泥巖等混合巖層為主，平均厚度為4.4 m。首采區(qū)的中部W103、W203、W303、W402 號孔直接頂為復層結(jié)構(gòu)，層數(shù)最多為6 層，為泥巖、砂質(zhì)泥巖及薄煤層互層，沿層面微細軟弱結(jié)構(gòu)面較為發(fā)育，頂板的穩(wěn)定性較差?；卷斨饕陨百|(zhì)泥巖、高嶺質(zhì)泥巖為主，局部為泥巖、中粗砂巖，平均厚度為14.5 m。

N1206 回風順槽設計長度為1970 m，巷道凈寬為5500 mm，凈高為3500 mm。巷道沿3#煤層底板進行掘進布置，掘進期間頂板主要采用錨桿（索）、鋼帶、金屬網(wǎng)聯(lián)合支護。頂板每排布置6根錨桿，錨桿間排距為1.0 m，錨桿長度2.5 m，直徑22 mm；錨桿外露端安裝一根6 眼孔“M”型鋼帶，鋼帶長度為5.2 m，寬度為0.15 m。頂板每排布置3根錨索，錨索長度為8.0 m，直徑為17.8 mm，錨索間距為2.0 m，排距為3.0 m；每根錨索外露端安裝一根長度為0.8 m、寬度為110 mm 工字鋼梁，并采用鎖具進行預緊。

2 回風順槽支護現(xiàn)狀

N1206 工作面已回采至420 m，432 m 處時的回風順槽側(cè)有一條正斷層F5，斷層落差為1.8 m，傾角為55°。受斷層應力、工作面回采超前應力等應力影響，工作面回采至415 m 處時，N1206 回風順槽在應力疊加破壞作用下，巷道頂板出現(xiàn)破碎現(xiàn)象。隨著工作面推進，與F5 斷層距離縮短，應力破壞作用不斷加大。當工作面回采至420 m 處時，N1206 回風順槽頂板及煤壁破碎嚴重，頂板局部區(qū)域鋼帶出現(xiàn)破斷，頂板錨桿失效率達9%，巷道頂板下沉量達0.45 m，兩幫收縮量達0.51 m。原巷道頂板支護不能滿足支護需求，嚴重威脅著巷道后期安全高效回采。

3 巷道應力區(qū)聯(lián)合加強支護技術(shù)

為了進一步提高N1206 回風順槽應力區(qū)頂板整體穩(wěn)定性，決定對巷道應力區(qū)采取注漿加固及架設T 型雙梁鋼棚聯(lián)合支護技術(shù)。

3.1 注漿施工

（1）注漿鉆孔及材料。鉆孔布置參數(shù)：N1206回風順槽掘進至420 m 處時，對應力區(qū)頂板施工注漿鉆孔，每排布置4 個，鉆孔間距為1.0 m，排距為5.0 m，整個應力區(qū)巷道頂板共計布置6 排，鉆孔深度為4.0 m，直徑為45 mm，所有鉆孔與巷道頂板夾角為50°，如圖1。注漿材料采用水泥砂漿與水玻璃混合漿液。

（2）注漿施工工序。① 注漿順序為：鉆孔施工→預埋注漿軟管→安裝封孔器→注漿施工。在注漿施工時注漿壓力逐漸增大，最大注漿壓力不得超過1.5 MPa。② 注漿施工設計單孔注漿量為50 kg，單孔注漿時間為15 min，注漿后及時拔出注漿管，對下一鉆孔進行注漿施工。

3.2 架設T 型雙梁鋼棚

N1206 回風順槽應力區(qū)段注漿完成后，對應力區(qū)巷道架設一排密集T 型雙梁鋼棚。

（1）T 型雙梁鋼棚主要由棚腿、頂梁、底座等部分組成，如圖1。棚腿由一根長度為1.5 m“I”型棚腿和一根長度為2.5 m“T”型棚腿組成，頂梁長度為5.0 m，寬度為0.5 m。

（2）T 型雙梁鋼棚架設順序為：底座→棚腿→頂梁。為了保證鋼棚架設穩(wěn)定性，棚腿底座與底板之間采用兩根地錨固定。

（3）T 型雙梁鋼棚架設間距為1.5 m，應力區(qū)共計架設35 架鋼棚。所有鋼棚架設完成后，相鄰兩架鋼棚棚腿之間采用一組欄桿進行連接。

圖1 N1206 回風順槽應力區(qū)頂板聯(lián)合加強支護斷面示意圖

4 效果

對N1206 回風順槽應力區(qū)段頂板采取“注漿+架設T 型雙梁鋼棚”聯(lián)合加強支護技術(shù)后，取得了顯著成效：

（1）通過對應力區(qū)頂板注漿加固，有效控制了頂板破碎區(qū)范圍的擴大，大大提高了破碎頂板整體穩(wěn)定性，巖體的膠結(jié)穩(wěn)定性得到了提高。注漿后對破碎巖體進行二次重組，破碎巖體抗壓強度提高了1.4 倍。同時，注漿后保證了原頂板錨桿錨注效果，錨桿失效率降低至2%以下。

（2）相比傳統(tǒng)的矩形鋼棚，架設的T 型雙梁鋼棚不僅支護斷面大、支護強度高，而且有效解決了傳統(tǒng)矩形鋼棚支護時對頂板產(chǎn)生的切頂破壞作用等技術(shù)難題，提高了頂板支承作用力。應力區(qū)架設鋼棚后頂板下沉量降低為0.21 m 以下，兩幫收縮量降低至0.37 m 以下。