王曉光

（山西焦煤霍州煤電集團(tuán)呂梁山煤電有限公司方山店坪煤礦，山西 呂梁 033102）

巷道掘進(jìn)期間過地質(zhì)構(gòu)造時(shí)，受構(gòu)造應(yīng)力影響，巷道圍巖應(yīng)力顯現(xiàn)現(xiàn)象相對(duì)嚴(yán)重，導(dǎo)致圍巖應(yīng)力在巷道開挖空間進(jìn)行釋放。應(yīng)力釋放過程中對(duì)圍巖產(chǎn)生一個(gè)張拉破壞作用，致使圍巖裂隙帶高度發(fā)育，隨著裂隙延伸至錨桿（索）支護(hù)錨固端時(shí)，會(huì)造成錨桿（索）支護(hù)錨固失效現(xiàn)象，從而發(fā)生頂板冒漏事故。頂板冒漏后圍巖極其破碎[1]，采用傳統(tǒng)錨桿（索）支護(hù)效果差且支護(hù)難度大，而且冒漏后的頂板形成高冒區(qū)很容易造成瓦斯積聚，不利于巷道安全管理。以店坪煤礦3022巷為例，對(duì)巷道高冒區(qū)施工人工假頂并架設(shè)密集鋼棚，達(dá)到圍巖控制以及預(yù)防瓦斯積聚的目的。

1 概述

山西焦煤霍州煤電集團(tuán)呂梁山煤電有限公司方山店坪煤礦3022巷位于900水平三采區(qū)中部。該工作面東與900 m水平皮帶巷相通，西為實(shí)體煤，南與3012巷相鄰，北為實(shí)體煤。工作面下部為5#煤層實(shí)體煤（3#煤與5#煤層間距為13～28 m）。

3022巷設(shè)計(jì)長(zhǎng)度為1016 m，巷道斷面規(guī)格為寬×高=4.8 m×2.6 m。巷道掘進(jìn)煤層為3#煤層，煤體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，預(yù)計(jì)工作面揭露煤層厚度為1.30～1.85 m，均厚1.53 m。工作面范圍內(nèi)煤層、煤體結(jié)構(gòu)較穩(wěn)定，含有0～1層夾矸，夾矸多為砂質(zhì)泥巖。煤層傾角1°～4°下山，屬于近水平煤層。煤層頂板為砂質(zhì)泥巖，底板為砂質(zhì)泥巖，頂?shù)装鍘r性特征見表1。

表1 3#煤層頂?shù)装鍘r性特征表

3022巷采用綜合機(jī)械化回采工藝，已掘進(jìn)450 m，巷道掘進(jìn)至442 m處揭露F5正斷層，斷層落差為1.5 m，傾角為52°。受斷層影響，巷道掘進(jìn)至442～445 m段頂板出現(xiàn)冒漏現(xiàn)象，冒漏高度達(dá)1.7 m，冒漏區(qū)呈半球形狀。由于冒漏區(qū)范圍大、冒漏區(qū)圍巖不穩(wěn)定，采用傳統(tǒng)錨桿（索）支護(hù)效果差，支護(hù)難度大。

2 冒漏區(qū)存在的問題

（1）原頂板中主要采用長(zhǎng)度為2.5 m左旋無縱筋螺紋鋼錨桿支護(hù)，每排5根，錨桿間距為1.1 m，排距為1.0 m，而冒漏區(qū)冒漏高度達(dá)1.7 m且呈半球形，采用錨桿對(duì)冒漏區(qū)支護(hù)時(shí)不僅施工難度大、支護(hù)效果差，而且冒漏區(qū)在進(jìn)行密集錨桿支護(hù)時(shí)，受鉆孔施工擾動(dòng)破壞作用[2]，冒漏區(qū)很可能出現(xiàn)二次冒漏事故。

（2）原頂板中每排布置3根錨索，錨索間距為1.8 m，排距為3.0 m，錨索長(zhǎng)度為6.0 m，直徑為17.8 mm，而冒漏區(qū)施工錨索時(shí)需搭設(shè)工作盤，施工工序復(fù)雜，且施工安全系數(shù)低。

（3）初步設(shè)計(jì)中對(duì)冒漏區(qū)進(jìn)行噴漿支護(hù)，而冒漏區(qū)內(nèi)圍巖膠結(jié)穩(wěn)定性差，采用噴漿對(duì)冒漏區(qū)圍巖進(jìn)行處理可以控制冒漏區(qū)煤巖體氧化作用，防止煤層自燃，但是噴漿層厚度有限且韌性低，當(dāng)冒漏區(qū)圍巖出現(xiàn)蠕動(dòng)變形時(shí)，噴漿層脫落，起不到有效的支護(hù)作用[3]。

（4）冒漏區(qū)僅采用錨桿（索）支護(hù)，而對(duì)冒漏區(qū)不進(jìn)行封堵和填充，很容易造成冒漏區(qū)出現(xiàn)窩風(fēng)現(xiàn)象，從而導(dǎo)致冒漏區(qū)出現(xiàn)瓦斯積聚現(xiàn)象，不利于巷道安全管理。

3 冒漏區(qū)聯(lián)合控制技術(shù)

為了提高3022巷冒漏區(qū)頂板穩(wěn)定性，解決傳統(tǒng)支護(hù)主要存在的問題，決定對(duì)冒漏區(qū)采取“人工假頂+密集工字鋼棚”聯(lián)合控制技術(shù)，如圖1。

3.1 人工假頂施工

（1）首先在巷道440 m施工第一架錨索吊棚，錨索吊棚長(zhǎng)度為4.5 m，每架錨索吊棚由兩根長(zhǎng)度為5.0 m、直徑為17.8 mm錨索以及一根長(zhǎng)為4.5 m工字鋼梁組成。錨索吊棚垂直巷道布置，錨索吊棚施工排距為2.0 m，共計(jì)施工4架錨索吊棚。

（2）所有錨索吊棚施工完后，在吊棚上方平鋪5根長(zhǎng)度為9.0 m工字鋼梁。工字鋼梁與吊棚垂直布置，鋼梁布置間距為1.0 m，鋼梁與鋼棚之間采用卡纜固定進(jìn)行預(yù)緊[4]，預(yù)緊力不低于250 N.m。

（3）鋼梁固定后依次在鋼梁上方鋪設(shè)金屬網(wǎng)、風(fēng)筒布，并在其上方平鋪一層道木。道木長(zhǎng)為4.5 m，寬為0.3 m，第一層道木與鋼梁垂直布置，且采用鉛絲進(jìn)行固定。

（4）第一層道木鋪設(shè)完成依次鋪設(shè)第二層、第三層道木，道木鋪設(shè)成“井”字型布置，如圖1所示。道木鋪設(shè)到位后必須保證道木與冒漏區(qū)頂板接觸嚴(yán)實(shí)，待所有道木鋪設(shè)后采用張拉千斤對(duì)吊棚進(jìn)行預(yù)緊。

（5）為了避免冒漏區(qū)施工人工假頂后假頂間隙處出現(xiàn)瓦斯積聚現(xiàn)象，假頂施工完后采用專用注漿泵對(duì)冒漏區(qū)注入羅克休填充劑。羅克休主要由A、B兩種組分組成，配比為1:2，羅克休具有發(fā)泡率高、充填效果好、阻燃效果好等優(yōu)點(diǎn)[5]。

3.2 架設(shè)矩形鋼棚

為了提高人工假頂穩(wěn)定性，避免冒漏區(qū)出現(xiàn)蠕動(dòng)變形，導(dǎo)致假頂下沉、垮落等事故，決定在人工假頂處架設(shè)密集工字鋼棚。

（1）傳統(tǒng)矩形鋼棚在應(yīng)力區(qū)支護(hù)時(shí)，鋼棚頂梁受應(yīng)力作用很容易出現(xiàn)變形、斷裂現(xiàn)象，在3022巷冒漏區(qū)架設(shè)的工字鋼棚進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，采用π型鋼棚。

（2）π型鋼棚是在原矩形鋼棚基礎(chǔ)上對(duì)鋼棚頂梁與棚腿之間安裝了兩道支撐鋼梁，使得頂梁成“π”型。π型鋼棚主要由棚腿、π型頂梁、卡纜、連接桿等部分組成。

（3）鋼棚棚腿長(zhǎng)度為2.8 m，棚腿頂?shù)锥胃靼仓靡粋€(gè)長(zhǎng)度及寬度為0.3 m、厚度為8 mm鋼板，鋼板上焊制兩個(gè)直徑為25 mm圓孔。頂梁長(zhǎng)度為4.5 m，頂梁主要由15#槽鋼制成。

（4）π型鋼棚從435 m開始架設(shè)，鋼棚架設(shè)間距為1.0 m，鋼棚架設(shè)時(shí)底座安裝在堅(jiān)硬底板上，必要時(shí)對(duì)底座進(jìn)行澆筑。鋼棚架設(shè)后對(duì)每一架鋼棚棚腿采用錨桿與巷幫進(jìn)行固定，相鄰兩架鋼棚棚腿之間采用四組連接桿進(jìn)行固定，鋼棚頂板與假頂之間采用水泥背板進(jìn)行填充。

4 結(jié)論

（1）對(duì)冒漏區(qū)頂板施工人工假頂以及注漿，實(shí)現(xiàn)了冒漏區(qū)頂板填充、封堵，保證了冒漏區(qū)圍巖整體穩(wěn)定性，人工假頂可對(duì)冒漏區(qū)蠕動(dòng)變形圍巖進(jìn)行有效支護(hù)作用，控制圍巖變形、下沉，有效防止冒漏區(qū)瓦斯積聚。

（2）與傳統(tǒng)矩形鋼棚相比，π型鋼棚具有支護(hù)強(qiáng)度大、穩(wěn)定性高等優(yōu)點(diǎn)，適用于大應(yīng)力圍巖中。對(duì)3022巷冒漏區(qū)架設(shè)π型鋼棚后，實(shí)現(xiàn)了主動(dòng)與被動(dòng)聯(lián)合支護(hù)作用，避免了構(gòu)造應(yīng)力在冒漏區(qū)釋放卸壓造成人工假頂垮落現(xiàn)象，提高了冒漏區(qū)支護(hù)強(qiáng)度。