葛 梁

（山西宏宇誠(chéng)鑄建設(shè)工程有限公司，山西 朔州 038300）

1 概述

麻家梁礦14102巷位于井田的東南部，北臨+665水平南回風(fēng)大巷（東），東臨14103輔助運(yùn)輸順槽聯(lián)巷，西臨14102輔助運(yùn)輸順槽，南部未開(kāi)采。

14102巷設(shè)計(jì)長(zhǎng)度為1400m，巷道設(shè)計(jì)斷面規(guī)格為寬×高=5.5×3.6m，巷道掘進(jìn)煤層為山西組4#煤層，平均厚度為6.8m。煤層結(jié)構(gòu)復(fù)雜，夾石2～3層，一般為3層，夾石厚度最大可達(dá)0.40m。4#煤層含偽頂，主要以泥巖為主，平均厚度為0.66m；直接頂主要以泥巖與細(xì)砂巖混合巖層為主，平均厚度為2.4m；基本頂主要以中、細(xì)砂巖為主，平均厚度為6.21m。14102巷采用綜合機(jī)械化掘進(jìn)施工工藝，已掘進(jìn)489m。

根據(jù)地測(cè)資料顯示，14102巷掘進(jìn)至476m處位于巷道北側(cè)21m處含有一個(gè)陷落柱X4。陷落柱呈橢圓形，長(zhǎng)軸長(zhǎng)為42m且與巷道平行，短軸長(zhǎng)為24m。陷落柱內(nèi)主要以碎狀泥巖、砂巖充填為主。受陷落柱影響，施工巷道掘進(jìn)至470m處，工作面煤體出現(xiàn)松軟現(xiàn)象；當(dāng)巷道掘進(jìn)至476m處時(shí)，位于陷落柱側(cè)煤壁片幫嚴(yán)重，頂板與煤壁之間肩角煤柱預(yù)留困難；當(dāng)巷道掘進(jìn)至485m處，煤壁片幫深度達(dá)1.5m，陷落柱側(cè)頂板下沉量達(dá)0.43m，巷幫及頂板支護(hù)失效率達(dá)41%,工作面瓦斯涌出量加大，最大達(dá)2.9%，嚴(yán)重威脅巷道安全快速掘進(jìn)。

2 巷道應(yīng)力區(qū)原支護(hù)設(shè)計(jì)及問(wèn)題分析

2.1 原支護(hù)設(shè)計(jì)

14102初步支護(hù)設(shè)計(jì)中頂板及巷幫采用金屬網(wǎng)、鋼帶、錨索、錨桿進(jìn)行聯(lián)合支護(hù)。

（1）頂板支護(hù)。頂板每排布置5根螺紋鋼錨桿，錨桿長(zhǎng)度為2.5m，錨桿間距×排距=1.1×1.0m，每排錨桿配套一根規(guī)格為長(zhǎng)×寬=4.8×0.15m“M”型鋼帶，錨桿與鋼帶之間采用規(guī)格為長(zhǎng)×寬=0.1×0.1m拱形墊片預(yù)緊，預(yù)緊力為200N·m。頂板錨索采用長(zhǎng)度為5.5m、直徑為17.8mm預(yù)應(yīng)力鋼絞線，每排施工3根，間距×排距=1.8×3.0m，錨索外露端采用規(guī)格為長(zhǎng)×寬=0.3×0.3m鋼方墊預(yù)緊。頂板金屬網(wǎng)采用網(wǎng)格為50×50mm菱形經(jīng)緯網(wǎng)，規(guī)格為長(zhǎng)×寬=6.0×1.2m，相鄰兩卷金屬網(wǎng)搭接長(zhǎng)度不得低于0.2m。

（2）巷幫支護(hù)。巷幫采用錨桿支護(hù)形式，錨桿長(zhǎng)度為2.0m，從頂板至底板每排布置3根錨桿，錨桿間距×排距=1.1×1.0m，第一根錨桿距頂板間距為0.5m，錨桿外露端采用一根規(guī)格為長(zhǎng)×寬=0.45×0.25m“W”型鋼帶預(yù)緊。巷幫金屬網(wǎng)網(wǎng)格為50×50mm，規(guī)格為長(zhǎng)×寬=4.0×2.0m。

2.2 X4陷落柱應(yīng)力區(qū)巷道破壞機(jī)理

（1）保安煤柱穩(wěn)定結(jié)構(gòu)破壞。由于14102巷北側(cè)煤體含有X4陷落柱，4#煤層在陷落柱侵入擠壓影響，破壞了原煤層連續(xù)穩(wěn)定性，巷道掘進(jìn)前應(yīng)力區(qū)與陷落柱之間的煤柱受壓大但處于原巖應(yīng)力平衡狀態(tài)，巷道掘進(jìn)后打破原巖應(yīng)力平衡，在壓力作用下保安煤柱出現(xiàn)拉伸破壞，向巷道開(kāi)挖空間變形、垮落。

（2）掘進(jìn)煤層承載能力低。由于山4#煤層結(jié)構(gòu)復(fù)雜，穩(wěn)定性差，煤體內(nèi)含多層夾矸，破壞了煤體穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，而且山4#煤體巖石普氏系數(shù)f=1.0，煤體強(qiáng)度及承載能力低，在巷道掘進(jìn)應(yīng)力及構(gòu)造應(yīng)力影響下，頂煤出現(xiàn)剪切破壞，巷幫出現(xiàn)剝離破壞，從而導(dǎo)致頂板、巷幫破碎嚴(yán)重。

（3）支護(hù)強(qiáng)度不足。由于受應(yīng)力影響，巷幫煤壁及陷落柱側(cè)頂板深處出現(xiàn)嚴(yán)重破碎現(xiàn)象。通過(guò)窺視孔發(fā)現(xiàn)，巷幫2.3m范圍內(nèi)出現(xiàn)嚴(yán)重破碎，頂板往上3.4m范圍內(nèi)出現(xiàn)嚴(yán)重破碎，且直接頂與頂煤之間出現(xiàn)局部離層現(xiàn)象。原支護(hù)設(shè)計(jì)中頂板及巷幫錨桿長(zhǎng)度不足，錨桿錨固端位于不穩(wěn)定煤體松動(dòng)圈內(nèi)，錨桿支護(hù)后失效嚴(yán)重，降低了錨桿支護(hù)效果。

（4）支護(hù)設(shè)計(jì)不合理。原頂板支護(hù)設(shè)計(jì)中，頂板鋼帶長(zhǎng)度為4.8m，每排布置5根錨桿，兩端錨桿距巷幫間距為0.4m，而巷幫支護(hù)設(shè)計(jì)中第一根錨桿距頂板間距為0.5m，從而造成巷道肩角煤柱支護(hù)不到位，在應(yīng)力作用下，位于陷落柱側(cè)肩角煤柱出現(xiàn)垮落現(xiàn)象。

3 支護(hù)工藝優(yōu)化

為了降低陷落柱對(duì)14102巷圍巖穩(wěn)定性影響，提高巷道成型率，保證巷道支護(hù)效果，決定采用“注漿+L型鋼棚+柔模澆筑”聯(lián)合支護(hù)技術(shù)對(duì)圍巖進(jìn)行維護(hù)。

3.1 注漿支護(hù)

（1）為了提高巷幫煤體及頂煤穩(wěn)定性，對(duì)巷幫及頂板破碎煤體采取注漿支護(hù)。通過(guò)實(shí)際觀察發(fā)現(xiàn)，位于陷落柱側(cè)在距頂1.5m范圍內(nèi)巷幫煤體，以及在距煤壁2.1m范圍內(nèi)頂板煤體出現(xiàn)嚴(yán)重破碎現(xiàn)象，決定在此范圍內(nèi)采取注漿支護(hù)技術(shù)。

（2）14102巷從489m對(duì)施工巷道采取注漿支護(hù)，采用風(fēng)動(dòng)Y-28型鉆機(jī)配套中空鉆桿以及直徑為45mm“一”字型鉆頭進(jìn)行鉆孔施工，巷幫共計(jì)施工兩個(gè)鉆孔。第一個(gè)鉆孔距頂板1.5m處，鉆孔與巷幫垂直布置，第二個(gè)鉆孔施工在距頂板0.7m處，鉆孔與巷幫成45°仰角布置。頂板施工三個(gè)注漿鉆孔，鉆孔間距為0.8m。第一個(gè)鉆孔距巷幫間距為0.5m，與巷幫夾角為75°，第二個(gè)、第三個(gè)鉆孔與頂板垂直布置，如圖1所示。巷幫及頂板注漿鉆孔深度為5.0m，排距為3.0m。

（3）頂板及巷幫注漿鉆孔施工完后，采用2ZBQ氣動(dòng)注漿泵對(duì)鉆孔高壓注射聚氨酯漿液，注漿壓力為1.6MPa。當(dāng)單孔注漿達(dá)到設(shè)計(jì)壓力且穩(wěn)定10min后停止注漿，并對(duì)鉆孔進(jìn)行封孔處理。當(dāng)注漿2h后巷道方可繼續(xù)掘進(jìn)施工。

3.2 “L”型鋼棚支護(hù)

（1）采用“L”型鋼棚主要是對(duì)巷幫與頂板之間肩角煤柱進(jìn)行連續(xù)鋼性被動(dòng)支護(hù)，彌補(bǔ)傳統(tǒng)錨桿支護(hù)不足、支護(hù)效果差等問(wèn)題，可有效防止肩角煤柱破碎、垮落現(xiàn)象。

（2）“L”型鋼棚主要由底座、棚腿、頂梁、卡纜、固定錨桿以及連接桿等部分組成。棚腿長(zhǎng)度為3.6m，頂梁長(zhǎng)度為1.5m，棚腿底座采用一塊規(guī)格為長(zhǎng)×寬=0.5×0.5m鋼方墊焊制而成。連接桿主要由11#槽鋼焊制而成，長(zhǎng)度為1.0m。

（3）首先在巷道底板處安裝棚腿底座，每個(gè)底座采用四個(gè)地錨與底板固定，兩個(gè)底座中線與巷道中線垂直，底座固定安裝后采用連接螺母與棚腿固定。棚腿緊貼巷幫安裝，每根棚腿中部采用一根長(zhǎng)度為1.5m錨桿將其與澆筑面固定。

（4）棚腿安裝后安裝鋼棚頂梁，頂梁與棚腿采用卡扣式連接并采用抱箍固定，頂梁與頂板之間同樣采用一根固定錨桿固定。頂梁安裝后頂梁與棚腿之間采用連接桿固定，“L”型鋼棚假設(shè)間距為1.0m。

3.3 柔模澆筑技術(shù)

為了提高巷幫煤柱承載能力，阻斷應(yīng)力破碎區(qū)煤體向巷道內(nèi)涌出瓦斯，決定在陷落柱側(cè)巷幫煤柱采取柔模澆筑技術(shù)。

（1）巷道每掘進(jìn)5.0m施工一次柔模澆筑技術(shù)。首先在巷幫處支設(shè)兩排木柱，木柱長(zhǎng)度為3.6m，直徑為30mm，木柱支設(shè)間距為2.0m，排距為0.5m。木柱支設(shè)完成后在木柱外圍進(jìn)行支設(shè)木盒。

（2）當(dāng)木盒支設(shè)高度達(dá)1.0m后采用注漿泵向盒內(nèi)澆筑配比為水泥:沙子:石子=1:2:2的混凝土。澆筑期間采用振動(dòng)泵震動(dòng)，確保澆筑嚴(yán)實(shí)。澆筑到位后繼續(xù)支設(shè)木盒。

（3）當(dāng)柔模澆筑完成后，在澆筑面施工三根長(zhǎng)度為4.0m預(yù)應(yīng)力錨索，錨索外露端采用一根長(zhǎng)度為0.5m工字鋼梁及鎖具進(jìn)行預(yù)緊。錨索間距為1.2m，錨索排距為2.0m。

圖1 14106巷陷落柱側(cè)煤柱及頂板聯(lián)合支護(hù)斷面示意圖

4 效果

針對(duì)14102巷在476～518m段受鄰近X4陷落柱影響出現(xiàn)片幫、頂板破碎下沉等現(xiàn)象，決定巷道從489m處采用“注漿+L型鋼棚+柔模澆筑”聯(lián)合支護(hù)，已完全通過(guò)應(yīng)力破碎區(qū)。應(yīng)用效果表明，采取聯(lián)合支護(hù)后提高了巷幫支撐作用，解決了應(yīng)力作用下巷幫片幫現(xiàn)象，阻止了破碎煤體內(nèi)瓦斯向工作面涌出，保證了肩角煤柱穩(wěn)定性。采取聯(lián)合支護(hù)后，控制了頂板下沉量，最大下沉量控制在0.12m以下，提高了巷道成型率。巷道過(guò)應(yīng)力區(qū)掘進(jìn)速度由原來(lái)的3.7m/d提高至6.8m/d，加快了巷道掘進(jìn)速度，保證了巷道施工安全，取得了顯著的應(yīng)用成效。