張安慎

（山西煤炭運銷集團科學技術(shù)研究有限公司，山西 太原 030006）

1 概述

山西煤炭運銷集團泰安煤業(yè)有限公司12103工作面位于一采區(qū)中部，上方為11#煤層11103 工作面采空區(qū)，東部為12102 工作面（正在回采），西部為12104 工作面（待掘），南部為井田邊界，北部為采區(qū)三條大巷。12103 工作面兩順槽與其上方11103 工作面兩順槽“內(nèi)錯”布置，運輸順槽內(nèi)錯10 m，回風順槽內(nèi)錯5 m；12103 開切眼在12#煤層內(nèi)分兩段布置，一段位于11#煤層煤柱下方，二段位于11#煤層11103 工作面采空區(qū)下方，見圖1。

圖1 12103 工作面平面布置

12103工作面二切巷設(shè)計長度為80 m，巷道設(shè)計為矩形斷面規(guī)格，斷面規(guī)格為寬×高=6.5 m×2.7 m，巷道沿12#煤層頂板掘進，煤層平均厚度為2.3 m，施工巷道破底深度為0.4 m；12103 工作面二切巷與上覆11103 采空區(qū)層間距為11 m，層間巖體從下往上依次為炭質(zhì)泥巖 （2.7 m）、砂質(zhì)泥巖（3.5 m）、砂巖（4.8 m），見圖2。

圖2 12103 工作面空間位置剖面

2 二切巷掘進支護工藝及問題分析

2.1 巷道掘進支護工藝

（1）12103 工作面二切巷主要采用分段爆破掘進施工工藝，先采用光面爆破施工工藝掘進煤柱幫，掘進寬度為3.5 m，掘進到位后再采用松動爆破施工工藝進行擴幫施工，擴幫寬度為3.0 m，巷道已掘進14 m。

（2）原支護設(shè)計中二切巷主要采用錨桿、鋼帶、金屬網(wǎng)（14#鐵絲編制）、單錨索聯(lián)合支護，頂板每排布置7 根錨桿，錨桿長度為2.0 m，直徑為20 mm；錨桿間排距為1.0 m；每排施工兩根W型鋼帶，鋼帶長度為3.5 m，鋼帶上焊制4 個錨桿支護孔；頂板每排布置4 根單錨索，錨索間距為1.6 m，排距為3.0 m，錨索長度為6.3 m，直徑為17.8 mm。

2.2 問題分析

（1）應力破壞嚴重。12103 工作面二切巷上覆為11103 工作面采空區(qū)，12#煤層與其上方11#煤層層間距為11 m，層間巖體平均單軸抗壓強度不足30 MPa，受采空區(qū)殘余應力影響，二切巷頂板巖體裂隙發(fā)育，破壞了切巷頂板懸臂梁，導致切巷頂板出現(xiàn)失穩(wěn)現(xiàn)象，主要表現(xiàn)為頂板斷裂、破碎、下沉等。

（2）圍巖承載能力差。12103 工作面二切巷原巷道斷面為矩形斷面，當頂板破碎承載能力降低時，在應力傳遞作用下巷道兩幫肩角煤柱剪切破壞嚴重，巷道肩角煤柱預留難度大，加大了肩角煤柱支護難度及支護成本費用，降低了巷道成型率。

（3）支護質(zhì)量差。二切巷直接頂為炭質(zhì)泥巖，通過對頂板施工深度為3.8 m 窺視鉆孔觀察發(fā)現(xiàn)，頂板往上0～2.0 m 范圍內(nèi)內(nèi)為嚴重破碎區(qū)，在2.0～2.8 m 范圍內(nèi)為下沉裂隙區(qū)，在2.8～3.8 m 范圍內(nèi)巖體相對穩(wěn)定區(qū)，見圖3。而原頂板支護設(shè)計中頂板錨桿長度為2.5 m，錨桿錨固端位于巖體下沉裂隙區(qū)內(nèi)，錨桿錨固效果差，很容易出現(xiàn)錨固失效現(xiàn)象，降低了錨桿支護質(zhì)量。

圖3 12103 工作面二切巷頂板巖性窺視

3 大斷面切巷掘進支護技術(shù)

3.1 巷道斷面規(guī)格優(yōu)化

（1）為了確保巷道圍巖能夠適應頂板高應力持續(xù)沖擊破壞作用，降低巷道肩角煤柱垮落、破碎現(xiàn)象，決定對巷道斷面規(guī)格進行合理優(yōu)化。優(yōu)化后巷道斷面成梯形，巷道上寬6.5 m，下寬6.9 m，巷道兩幫與底板夾角為12°。

（2）巷道采用機械化分段施工工藝，大斷面規(guī)格為直角梯形，上寬4.0 m，下寬4.2 m，大斷面采用掘進機一次性成巷； 小斷面同樣為直角梯形，上寬2.5 m，下寬2.7 m，采用松動爆破施工工藝，巷道掘進長度為66 m。

3.2 巷道支護工藝優(yōu)化

（1）頂板注漿錨桿施工

為了對頂板裂隙巖體進行粘結(jié)封堵，加強頂板錨桿支護質(zhì)量，決定對原頂板錨桿進行優(yōu)化，采用注漿錨桿+JW型鋼帶支護。

①大斷面處巷道頂板施工一根長度為4.0 m，寬度為0.28 m“JW”型鋼帶，每根鋼帶上焊制5 個支護孔，孔間距為0.9 m；擴幫處頂板施工一根長度為2.5 m“JW”型鋼帶，鋼帶上焊制3 個支護孔，孔間距為0.9 m，施工時兩根鋼帶疊加布置，鋼帶排距為1.2 m。

②優(yōu)化后將原頂板普通錨桿替換為注漿錨桿。注漿錨桿長度為3.5 m，直徑為25 mm，注漿錨桿主要由高強度鋼制材料制成，錨桿為中空狀，中部圓孔直徑為12 mm，在注漿錨桿底部往上0.9～1.9 m范圍內(nèi)錨桿外側(cè)均勻焊制4 排圓孔，每排三個，孔徑為8 mm，外部圓孔與桿體內(nèi)部圓孔聯(lián)通。

③每根注漿錨桿采用三支錨固劑錨固，一支MSKC23/35 超快速型，兩支MSK23/60 快速型。注漿錨桿安裝后對每排第二根、第四根、第六根錨桿進行注漿施工，注漿液采用聚氨酯化學粘合劑，注漿壓力為1.2 MPa。

（2）梯形棚施工

為了進一步加固巷道圍巖穩(wěn)定性，提高大斷面二切巷頂板整體穩(wěn)定性，二切巷掘進到位后且頂板支護施工完后，在巷道內(nèi)架設(shè)一排梯形棚。

①二切巷安裝的梯形棚主要由11#工字鋼焊制而成，頂梁長度為6.2 m，兩根棚腿長度為3.2 m，在頂梁兩端各切割一個長為0.3 m，寬度為0.08 m方孔，在棚腿頂端焊制一根卡扣并與頂梁方孔活動連接。

②梯形鋼棚安裝間距為1.2 m，鋼棚安裝后在鋼棚與頂板、巷幫處采用厚度不小于50 mm、寬度不小于150 mm，長度為1.5 m 水泥背板進行背牢；為了防止倒棚事故發(fā)生，梯形棚安裝后在相鄰兩架鋼頂梁之間采用三根鋼筋拉桿進行連接，見圖4。

圖4 12103 工作面二切巷優(yōu)化后支護平剖面

4 結(jié)語

截止2020年3月12103 工作面二切巷已掘進到位，對二切巷掘進支護進行優(yōu)化后，巷道在后期掘進過程中未出現(xiàn)頂板破碎、斷裂現(xiàn)象，頂板最大下沉量控制在120 mm 以下，兩幫肩角煤柱未出現(xiàn)垮落現(xiàn)象，成效顯著。

1）與傳統(tǒng)矩形斷面相比，梯形斷面巷道在高應力作用下，兩幫煤柱對頂板產(chǎn)生一個斜向上的支撐作用力，該作用力可分為垂直向上和水平方向的兩個分力Fy、Fx，F(xiàn)y分力可削弱頂板垂直應力破壞作用，而Fx分力對頂板起到擠壓作用，控制了頂板破碎、裂隙發(fā)育現(xiàn)象。

2）對巷道頂板采用注漿錨桿后，解決了傳統(tǒng)錨桿長度不足、錨固效果差等技術(shù)難題，注漿錨桿不僅實現(xiàn)了全長錨固效果；而且在錨固過程中通過注漿施工對鉆孔壁裂隙進行充分填充粘結(jié)，既提高了錨桿支護效果，又提高了頂板破碎巖體整體穩(wěn)定性。

3）通過對二切巷頂板施工梯形鋼棚后，進一步提高大斷面巷道頂板承載梁穩(wěn)定性，防止了頂板在應力作用下出現(xiàn)斷裂現(xiàn)象，控制了頂板離層、下沉量，保證了巷道成型及穩(wěn)定性。