掘進(jìn)巷道過(guò)高冒區(qū)支護(hù)技術(shù)優(yōu)化研究

于建兵

（晉能控股集團(tuán)寺河煤礦， 山西 晉城 048200）

引言

巷道掘進(jìn)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生圍巖應(yīng)力，當(dāng)應(yīng)力釋放時(shí)有張拉力產(chǎn)生在圍巖內(nèi)，造成圍巖發(fā)育裂隙帶，由于裂隙的不斷伸長(zhǎng)，并伸長(zhǎng)到錨索對(duì)錨固進(jìn)行支護(hù)的一端時(shí)，就會(huì)導(dǎo)致錨索對(duì)錨固的支護(hù)失效，進(jìn)而在頂板中產(chǎn)生冒漏。頂板在有冒漏發(fā)生之后，該部分頂板中有髙冒區(qū)產(chǎn)生，并且髙冒區(qū)會(huì)積聚大量的瓦斯，對(duì)巷道管理的安全性帶來(lái)嚴(yán)重影響?；谝陨舷锏谰蜻M(jìn)過(guò)程中所面臨的支護(hù)問(wèn)題，以晉能控股集團(tuán)的寺河礦東井區(qū)北膠帶巷為例，提出了一系列的聯(lián)合支護(hù)方案及優(yōu)化措施，并進(jìn)一步展開研究。

1 寺河礦東井區(qū)北膠帶巷概況

本文案例中的晉能控股集團(tuán)寺河礦東井區(qū)北膠帶巷所在的位置以東為東七盤區(qū)膠帶/輔運(yùn)大巷（未掘），以南為5313 工作面（已掘），以西為東井區(qū)西回風(fēng)大巷（已掘），以北為東井區(qū)北回風(fēng)大巷東西段（已掘）。

當(dāng)設(shè)計(jì)東井區(qū)北膠帶巷時(shí)，其長(zhǎng)度設(shè)計(jì)成690 m，巷道斷面寬×高是5.5 m×4.2 m。當(dāng)對(duì)巷道進(jìn)行掘進(jìn)時(shí)，3 號(hào)煤層是其需要施工的煤層，而且煤體所具有的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，該工作面預(yù)計(jì)會(huì)揭露的煤層厚度是3.8～4.2 m，平均厚度是4.0 m[1-2]。煤體結(jié)構(gòu)與煤層在該工作面區(qū)域內(nèi)的穩(wěn)定性比較好，煤層中有少量夾矸，夾矸中所含泥巖絕大部分是砂質(zhì)泥巖。每個(gè)煤層形成的夾角是1°～4°，煤層近水平。而且煤層的頂板與底板都是砂質(zhì)泥巖。

1.1 頂板

老頂：細(xì)粒砂巖，厚度3.40 m，深灰色，厚層狀，巖芯完整，局部夾砂質(zhì)泥巖，分選磨圓一般，普氏硬度2～5、抗壓強(qiáng)度 20～40 MPa、抗剪強(qiáng)度 2.58～4.59 MPa。

直接頂：砂質(zhì)泥巖，厚度4.04 m，灰黑色，中厚層狀，巖芯完整，含植物化石，普氏硬度1～4.2、抗壓強(qiáng)度10～37.8 MPa、抗剪強(qiáng)度 1～2.45 MPa。

偽頂：碳質(zhì)泥巖，厚度0.2 m，灰黑色，含植物化石，隨采掘脫落；普氏硬度0.5～1.0、抗壓強(qiáng)度10 MPa、抗剪強(qiáng)度 0.5～1.0 MPa[3]。

1.2 底板

直接底：粉砂巖，厚度1.82 m，灰色，柱狀，夾薄層砂質(zhì)泥巖，普氏硬度 1～4.57、抗壓強(qiáng)度 10～45.7 MPa、抗剪強(qiáng)度 1～3.6 MPa。

老底：砂質(zhì)泥巖，厚度3.11 m，灰黑色，較致密，有層理，不堅(jiān)硬，含白色礦物質(zhì)，局部含砂質(zhì)較多，普氏硬度 1～4.2、抗壓強(qiáng)度 10～37.8 MPa、抗剪強(qiáng)度1～2.45 MPa。

1.3 煤層

3 號(hào)煤：煤層平均總厚5.95 m（最大6.33 m、最小5.8 m），普氏硬度 1～2、煤層傾角 10°、最小 0°、平均4°，黑色，似金屬光澤，以亮煤為主，暗煤次之，半亮型，煤層結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、煤體堅(jiān)硬。

在東井區(qū)北膠帶巷中所使用的掘進(jìn)工藝為機(jī)械化，已經(jīng)進(jìn)行掘進(jìn)的深度是470 m，當(dāng)對(duì)巷道進(jìn)行掘進(jìn)，掘進(jìn)到442 m 的位置時(shí)F5 正斷層被揭露，而且斷層與斷層之間的落差是1.5 m，相應(yīng)傾角是52°。由于斷層的作用，當(dāng)掘進(jìn)到442～445 m 區(qū)域內(nèi)就有冒漏出現(xiàn)在頂板，冒漏能夠有1.7～2 m 的高度，所形成的形狀是半球狀。因?yàn)槊奥﹨^(qū)中的圍巖的穩(wěn)定性極差、區(qū)域不小，所以之前的錨索進(jìn)行支護(hù)的成效不佳，增加了支護(hù)的困難程度。

2 存在于冒漏區(qū)的主要問(wèn)題

1）對(duì)原頂板進(jìn)行支護(hù)的錨桿選用左旋無(wú)縱筋螺紋鋼，其總長(zhǎng)是2.4 m，該錨桿1 排為6 根，相鄰錨桿之間的距離是1.0 m，頂板冒漏能夠有1.7～2 m 的高度，所形成的形狀是半球狀，當(dāng)冒漏區(qū)選取錨桿進(jìn)行支護(hù)時(shí)，支護(hù)成效與實(shí)施難度均大，當(dāng)用密集錨桿來(lái)對(duì)冒漏區(qū)進(jìn)行支護(hù)時(shí)，由于鉆孔在施工時(shí)會(huì)有破壞擾動(dòng)產(chǎn)生作用于冒漏區(qū)，就會(huì)使冒漏區(qū)再次有冒漏事故發(fā)生。

2）在原頂板內(nèi)，每排設(shè)置2 根錨索，相鄰錨索之間的距離是1.8 m，相鄰每排的距離是2.0 m，每根錨索的總長(zhǎng)是7.3 m，錨索的直徑是21.8 mm，當(dāng)把錨索設(shè)置在冒漏區(qū)時(shí)，要對(duì)工作平臺(tái)進(jìn)行搭設(shè)，并且施工的步驟一點(diǎn)也不簡(jiǎn)單，安全系數(shù)較低。

3）設(shè)計(jì)選用噴漿來(lái)支護(hù)冒漏區(qū)，由于冒漏區(qū)中的圍巖的膠結(jié)不穩(wěn)定，所以選取噴漿能夠?qū)υ撁奥﹨^(qū)中的煤巖體所具有的氧化進(jìn)行控制，避免有自燃現(xiàn)象出現(xiàn)在煤層中，可是，噴漿還具有一定的缺陷，如較低的韌性、有限的厚度等，如有蠕動(dòng)出現(xiàn)在冒漏區(qū)進(jìn)而有變形發(fā)生時(shí)，使噴漿層逐漸，支護(hù)效果較差[4]。

4）當(dāng)只選取錨索對(duì)冒漏區(qū)進(jìn)行支護(hù)，但不填充與封堵冒漏區(qū)時(shí)，極易導(dǎo)致有窩風(fēng)狀況出現(xiàn)在冒漏區(qū)，進(jìn)而造成瓦斯在此冒漏區(qū)積聚，對(duì)巷道管理的安全性有害。

3 冒漏區(qū)采取的聯(lián)合支護(hù)控制技術(shù)

由于要使冒漏區(qū)的頂板更加穩(wěn)定，解決傳統(tǒng)支護(hù)中的問(wèn)題，進(jìn)而把聯(lián)合支護(hù)控制技術(shù)用于冒漏區(qū)，聯(lián)合支護(hù)控制技術(shù)即為錨索補(bǔ)強(qiáng)、架設(shè)π 型鋼梁架棚、使用板梁打設(shè)“井”字型木垛接頂，并噴漿護(hù)表。

3.1 錨索補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)

1）局部冒落高度小于500 mm 且頂板完整相對(duì)穩(wěn)定按原設(shè)計(jì)進(jìn)行支護(hù)。當(dāng)頂板破碎且不規(guī)則時(shí)，頂錨索支護(hù)方式改為每?jī)膳艃筛鶈误w錨索支護(hù)，錨索排距不變，錨索規(guī)格為SKP21.8-1/1720-7300。

2）局部冒落高度達(dá)到1 m，頂板完整相對(duì)穩(wěn)定時(shí)，頂錨索支護(hù)方式改為每排2 根錨索進(jìn)行支護(hù)，錨索型號(hào)為SKP21.8-1/1720-7300，排距1 m。同時(shí)在冒落區(qū)域前后5 m 范圍內(nèi)將頂板補(bǔ)強(qiáng)為每排2 根型號(hào)為SKP21.8-1/1720-7300 的錨索，排距1 m。頂板破碎不規(guī)則時(shí)，頂錨索支護(hù)方式改為每排4 根錨索進(jìn)行支護(hù)，錨索規(guī)格型號(hào)為SKP21.8-1/1720-7300，排距1 m。同時(shí)在冒落區(qū)域前后5 m 范圍內(nèi)將頂板補(bǔ)強(qiáng)為每排4 根型號(hào)為SKP21.8-1/1720-7300 的錨索，排距1 m。

3）局部冒落高度達(dá)到2 m，頂錨索支護(hù)方式改為每排4 根單體錨索支護(hù)，錨索型號(hào)為SKP21.8-1/1720-7300，排距1 m。同時(shí)在冒落區(qū)域前后5 m 范圍內(nèi)將頂板補(bǔ)強(qiáng)為每排4 根型號(hào)為SKP21.8-1/1720-7300的錨索，排距1 m。

3.2 架設(shè)π 型鋼棚、打設(shè)“井”字型木垛接頂支護(hù)

巷道冒落高度超過(guò)500 mm 的地段在錨索補(bǔ)強(qiáng)的基礎(chǔ)上，同時(shí)采用架設(shè)π 型鋼梁架棚，并使用板梁打設(shè)“井”字型木垛接頂方式補(bǔ)強(qiáng)[5]。

1）把首架錨索架棚設(shè)置在巷道深度的第440 m 位置，由π 型鋼梁與錨索構(gòu)成錨索吊棚，π 型鋼梁長(zhǎng)度分別是4.5 m、5.0 m，錨索的直徑是21.8 mm，長(zhǎng)度是7.3 m。在頂板的錨索上套進(jìn)一根40 t 三環(huán)鏈，并在三環(huán)鏈下使用錨索錨具固定牢固，在三環(huán)上套進(jìn)Ф15.5 mm 的鋼絲繩（或在頂板的錨桿上安裝起吊環(huán)，起吊環(huán)擰緊不少于6 扣，在起吊環(huán)上套進(jìn)Ф15.5 mm的鋼絲繩），垂直于巷道走向架設(shè)5 m 的棚梁，棚距1 m。棚梁必須吊掛于鋼絲繩上，鋼絲繩使用Ф15.5 mm繩卡壓接牢固，繩卡壓接不少于3 個(gè)，均勻布置，正反安裝，間距200 mm。必須保證每根棚梁至少有3 根鋼絲繩吊掛，并且必須保證棚梁兩頭在同一水平面上。棚梁架好后，保證兩頭搭接不小于0.5 m。

2）在間距為1 m 的棚梁上方打“井”字型連鎖木垛接頂，棚梁要與木垛接觸嚴(yán)實(shí)。板梁規(guī)格為R150 mm（或 R110 mm）×1 500 mm（或 1 200 mm），棚梁下方應(yīng)采用長(zhǎng)度不小于3 m 的鋼制棚腿支撐π 型鋼梁。

3）棚梁上方打木垛前，先在棚梁上鋪設(shè)3 m 板梁進(jìn)行鋪底，然后在3 m 板梁上打木垛。必須保證所有木垛搭接平穩(wěn)、牢固，層層對(duì)齊，不平處和接頂處必須用背板、柱帽、木楔墊穩(wěn)、背緊、背實(shí)、背牢，并用3 m板梁將相鄰的兩個(gè)木垛連鎖。每層板梁方向一致，相鄰兩層板梁縱橫交錯(cuò)，按照井字形、從下往上、垂直布置板梁，每層板梁搭接上層板梁后，各端部至少富余100 mm。每層板梁選取規(guī)格大小相近板梁，當(dāng)某層出現(xiàn)一頭高一頭低的現(xiàn)象后，及時(shí)通過(guò)調(diào)整相應(yīng)規(guī)格大小的板梁將木垛調(diào)平。坡度較大時(shí)，用10 號(hào)鐵絲將就近的兩個(gè)板梁捆綁，固定牢固。

3.3 噴漿護(hù)表

為了防止冒漏區(qū)在進(jìn)行架棚、打木垛補(bǔ)強(qiáng)施工后，支護(hù)空隙出現(xiàn)瓦斯，在結(jié)束對(duì)冒漏區(qū)進(jìn)行的補(bǔ)強(qiáng)施工后，必須及時(shí)使用黃沙、水泥材料對(duì)架棚區(qū)域進(jìn)行噴漿護(hù)表處理。

3.4 其他方面

1）在π 型鋼棚中，其棚腿的長(zhǎng)度不小于3 m，把鋼板分別安裝在棚腿的底端與頂端，鋼板的厚度、寬度、長(zhǎng)度分別是8 mm、0.3 m、0.3 m。把圓孔加焊在鋼板中，圓孔的直徑是25 mm。15 號(hào)槽鋼經(jīng)過(guò)制作而制成了長(zhǎng)是4.5 m 的頂梁。

2）架設(shè)π 型鋼棚的起始位置是第440 m 處，相鄰鋼棚之間的距離是1.0 m，當(dāng)架設(shè)鋼棚時(shí)，可以在硬度非常高的底板中安裝其底座，一定要澆筑底座。在架設(shè)鋼棚之后，需要選取巷幫和錨桿來(lái)對(duì)固定各個(gè)棚腿，選取連接桿固定相鄰的棚腿，而且連接桿的數(shù)量是4 組，選取背板來(lái)填充鋼棚與頂板的間隙位置。

4 結(jié)語(yǔ)

和傳統(tǒng)的錨桿錨索支護(hù)進(jìn)行比較，π 型鋼棚的優(yōu)點(diǎn)是具有較高的穩(wěn)定性、較大的支護(hù)強(qiáng)度等，可以在構(gòu)造等應(yīng)力圍巖內(nèi)使用π 型鋼棚。當(dāng)把π 型鋼棚架設(shè)到東井區(qū)北膠帶巷冒漏區(qū)之后，使聯(lián)合支護(hù)的主要作用得以實(shí)現(xiàn)，髙冒區(qū)不再發(fā)生頂板冒漏問(wèn)題，應(yīng)用效果非常明顯。