聯(lián)合支護(hù)技術(shù)在巷道破碎圍巖中的應(yīng)用

曹 智

（晉能控股煤業(yè)集團(tuán)掌石溝煤礦，山西 晉城 048400）

1 掌石溝煤礦15202運(yùn)輸順槽概述

1.1 巷道四鄰關(guān)系

晉能控股煤業(yè)集團(tuán)掌石溝煤礦15202運(yùn)輸順槽位于井田15號(hào)煤二采區(qū)南部，北部為設(shè)計(jì)布置15202回采工作面，與15202回風(fēng)順槽相距108.6 m（中至中）；西部連接二采區(qū)南回風(fēng)巷、南運(yùn)輸巷；東部為井田實(shí)體煤；南部為井田邊界設(shè)計(jì)保安煤柱。

1.2 掘進(jìn)煤層情況

15202運(yùn)輸順槽開(kāi)口位置位于二采區(qū)南運(yùn)輸巷導(dǎo)線(xiàn)點(diǎn)NY5點(diǎn)前33.6 m，開(kāi)口標(biāo)高為+884.5 m，斷面為矩形，掘進(jìn)工程量800 m，預(yù)計(jì)坡度0°～4°，中線(xiàn)距左幫2.4 m、右?guī)?.4 m，施工方位角90°00′00″，沿煤層頂板掘進(jìn)。巷道掘進(jìn)斷面規(guī)格為寬×高=4.2 m×4.1 m，掘進(jìn)煤層為15號(hào)煤層，平均厚度3.85 m，平均傾角為3°，煤層為黑色，條痕褐黑色，似金屬光澤，中至寬條帶狀結(jié)構(gòu)，斷口貝殼狀、階梯狀，內(nèi)生裂隙發(fā)育，層狀構(gòu)造。以亮煤為主，暗煤次之，夾鏡煤條帶。含星散狀黃鐵礦及黃鐵礦結(jié)核，鏡煤呈條帶狀。屬半亮型至半暗型煤，煤層內(nèi)含1～2層夾矸，夾矸厚度0～0.8 m，（相對(duì)）密度為1.50 t/m3，煤層頂?shù)装鍘r性如表1所示。

2 巷道掘進(jìn)現(xiàn)狀

2.1 巷道掘進(jìn)工藝

15202運(yùn)輸順槽采用綜合機(jī)械化掘進(jìn)工藝，巷道采用EBZ260型掘進(jìn)，掘進(jìn)機(jī)單茬掘進(jìn)深度為1.0 m，采用螺旋滾筒破煤，采煤機(jī)尾部安裝一部轉(zhuǎn)載機(jī)，轉(zhuǎn)載機(jī)長(zhǎng)度為16 m，轉(zhuǎn)載機(jī)與SSJ-800型帶式輸送機(jī)連接，從而將工作面內(nèi)煤矸運(yùn)輸出去，截至目前15202運(yùn)輸順槽已掘進(jìn)420 m。

表1 15號(hào)煤層頂?shù)装鍘r性

2.2 巷道支護(hù)工藝

根據(jù)本礦同煤層巷道圍巖性質(zhì)，相鄰巷道探頂孔的礦壓觀(guān)測(cè)資料、支護(hù)形式，確定15202運(yùn)輸順槽支護(hù)形式為：錨桿＋錨索＋網(wǎng)聯(lián)合支護(hù)[1-2]。

1）錨桿：采用左旋無(wú)縱筋螺紋鋼錨桿，鋼材編號(hào)為MG335，直徑20 mm，長(zhǎng)度2 200 mm、2 400 mm兩種，間排距1 000～1 200 mm，配套150 mm×150 mm×10 mm拱形托盤(pán)加高強(qiáng)托板調(diào)心球墊。

2）錨索：七股鋼絞線(xiàn)，直徑17.8 mm，長(zhǎng)度6 300 mm，抗拉強(qiáng)度1 860 MPa，間排距選取1 600、2 400 mm，配套300 mm×300 mm×16 mm的穹形多功能鋼板托板加強(qiáng)度相匹配錨具。

2.3 掘進(jìn)現(xiàn)狀

15202運(yùn)輸順槽掘進(jìn)至417 m處揭露一條F5正斷層，斷層落差為1.7 m，傾角為67°，當(dāng)巷道掘進(jìn)至410 m處時(shí)巷道精度F5斷層影響區(qū)，巷道在410～415 m段圍巖出現(xiàn)破碎現(xiàn)象，頂板出現(xiàn)局部斷裂、下沉，當(dāng)巷道揭露斷層后頂板破碎嚴(yán)重，頂板下沉量達(dá)0.42 m，巷道迎頭煤壁片幫嚴(yán)重，導(dǎo)致巷道空頂距達(dá)1.8 m，嚴(yán)重威脅著巷道安全掘進(jìn)。

3 應(yīng)力區(qū)聯(lián)合支護(hù)技術(shù)應(yīng)用

為了進(jìn)一步提高應(yīng)力區(qū)圍巖整體穩(wěn)定性，防止因F5斷層影響導(dǎo)致巷道圍巖破碎、垮落現(xiàn)象，決定對(duì)應(yīng)力區(qū)圍巖支護(hù)進(jìn)行優(yōu)化，提出了“超前注漿+錨索梯形梁棚+桁架錨桿”支護(hù)方案。

3.1 超前注漿

由于受斷層影響，斷層附近處煤巖體成硅化現(xiàn)象。煤巖體抗壓強(qiáng)度降低，巖體破碎嚴(yán)重，所以可通過(guò)注漿對(duì)該區(qū)域煤巖體進(jìn)行加固，實(shí)現(xiàn)二次重組。

1）首先采用鉆機(jī)在掘進(jìn)巷道迎頭施工一排注漿鉆孔，每排布置3個(gè)鉆孔，鉆孔深度為5.0 m、直徑為45 mm，鉆孔開(kāi)口位置距頂板間距為1.5 m，鉆孔布置間距為1.5 m，所有鉆孔以20°仰角布置，其中中間鉆孔水平角為0°，兩幫鉆孔水平角為30°。

2）所有注漿鉆孔施工完后，對(duì)鉆孔內(nèi)插入直徑為25 mm風(fēng)管進(jìn)行吹風(fēng)，將鉆孔內(nèi)煤屑清理干凈保證注漿效果，將鉆孔內(nèi)煤屑清理干凈后在鉆孔內(nèi)埋入一根注漿軟管，直徑為20 mm。

3）注漿軟管安裝后在孔口處采用封孔器進(jìn)行封堵，封堵長(zhǎng)度為0.5 m，將注漿軟管另一端與注漿槍連接，注漿槍與專(zhuān)用雙液注漿泵進(jìn)行連接，注漿液采用馬麗散與催化劑混合液。

3.2 錨索梯形梁棚支護(hù)

由于傳統(tǒng)的鋼帶支護(hù)時(shí)存在支護(hù)截面積小、支護(hù)強(qiáng)度低等技術(shù)難題，決定對(duì)15202運(yùn)輸順槽斷層應(yīng)力區(qū)頂板施工錨索梯形梁棚支護(hù)。

1）15202運(yùn)輸順槽施工錨索梯形梁棚主要由梯形梁、錨索兩部分組成，梯形梁長(zhǎng)度為4.0 m，梯形梁寬度為0.5 m，每架梯形梁由5根長(zhǎng)度為4.0 m，直徑為25 mm圓鋼以及三組夾板構(gòu)成，每根圓鋼布置間距為0.1 m。

2）在梯形梁上焊制三塊長(zhǎng)度為0.5 m，寬度為0.3 m，厚度為5 mm鋼托板，托板上焊制一個(gè)直徑為30 mm錨索支護(hù)孔，鋼托板之間距離為1.8 m；錨索長(zhǎng)度為6.3 m，直徑為21.8 mm。

3）錨索梯形梁棚施工在相鄰兩排鋼帶之間間隙頂板上，梯形梁棚布置間距為2.0 m，巷道從420 m處開(kāi)始施工錨索梁棚直至完全過(guò)斷層應(yīng)力區(qū)。

3.3 桁架錨桿支護(hù)

為了降低頂板應(yīng)力破壞作用，提高錨桿（索）支護(hù)效果，決定對(duì)頂板施工桁架錨桿支護(hù)[3-5]。

1）桁架錨桿長(zhǎng)度為2.5 m，直徑為30 mm玻璃鋼錨桿，桁架拉桿采用長(zhǎng)度為1.2 m，直徑為25 mm玻璃鋼圓桿，拉桿兩端各安裝一個(gè)長(zhǎng)度及寬度為0.1 m鋼方板，鋼方板上焊制一個(gè)直接為40 mm圓孔。張拉器長(zhǎng)度為0.5 m，采用雙向張拉結(jié)構(gòu)，最大張拉力為280 kN。

2）桁架錨桿支護(hù)施工排距為2.0 m，與錨索梯形梁棚支護(hù)交錯(cuò)布置，如圖1所示，首先采用氣動(dòng)錨索鉆機(jī)在頂板施工兩個(gè)錨桿支護(hù)孔，支護(hù)孔間距為2.0 m，支護(hù)孔深度為2.2 m，支護(hù)孔與頂板布置斜角為75°，且兩個(gè)孔對(duì)稱(chēng)布置。

圖1 15202運(yùn)輸順槽斷層應(yīng)力區(qū)頂板支護(hù)平面示意圖（單位：mm）

3）每根桁架錨桿采用兩支錨固劑進(jìn)行錨固，錨固長(zhǎng)度為0.9 m，錨固力為210 kN，錨桿錨固后在錨桿外露端安裝圓鋼拉桿，拉桿另一端安裝張拉器，并對(duì)其進(jìn)行張拉[6-9]。

4 結(jié)論

截至2021年2月11日，15202運(yùn)輸順槽已掘進(jìn)至460 m處，巷道已掘進(jìn)至460 m處，且已完全過(guò)F5斷層應(yīng)力影響區(qū)，通過(guò)對(duì)應(yīng)力區(qū)采取“超前注漿+錨索梯形梁棚+桁架錨桿”聯(lián)合支護(hù)技術(shù)后，取得了顯著應(yīng)用成效。

1）采取注漿加固后對(duì)斷層裂隙帶巖體進(jìn)行加固重組，提高了巖體整體抗壓強(qiáng)度及穩(wěn)定性，通過(guò)漿液可對(duì)裂隙帶進(jìn)行填充，防止巖體裂隙范圍進(jìn)一步擴(kuò)大。

2）通過(guò)對(duì)巷道頂板施工錨索梯形梁棚后，增加了支護(hù)截面積，控制了頂板破碎現(xiàn)象，增強(qiáng)了頂板支護(hù)效果。

3）對(duì)巷道應(yīng)力區(qū)采取桁架錨桿支護(hù)后，削弱了頂板應(yīng)力破壞作用，提高了原頂板錨桿（索）支護(hù)強(qiáng)度。