復雜條件下掘進巷道過巷貫通支護技術優化

韓圖門烏力吉

（晉能控股集團有限公司，山西 大同 037001）

1 概述

1.1 巷道布置情況

晉能控股集團麻家梁礦14206 運料斜巷位于井田一采區，巷道南部為采區輔運大巷，東部為14205 工作面，西部為14206 運輸順槽，北部為實煤區。

14206 運料斜巷掘進長度為85 m，巷道斷面規格為寬×高=4.2 m×3.5 m。巷道從采區輔運大巷以120°方位角以7°俯角下山掘進，巷道下山掘進40 m 后進入采區回風巷下方，然后平掘進5 m后再以7°仰角上山掘進，掘進到位后與14206 運輸順槽貫通，貫通時運料斜巷與運輸順槽夾角為30°，如圖1所示。

圖1 14206 運料斜巷平面布置

1.2 煤層賦存情況

14206 運料斜巷掘進期間揭露的煤層為山西組4#煤層。該煤層較為穩定，厚度變化小，全煤厚度8.40～9.45 m，平均9.07 m。煤層結構復雜，夾石2～3 層，一般為3 層，夾石厚度最大可達0.40 m，煤層頂底板巖性如表1所示。

表1 4#煤層頂底板巖性匯總

2 巷道掘進支護技術難題

14206 運料斜巷初步設計采用“錨桿（索）+ 金屬網+W 型鋼帶”聯合支護，存在以下問題：

1）過巷段頂板支護不合理：14206 運料斜巷以7°俯角掘進至回風巷底板下方時，通過實測兩巷層間距為1.6 m，且層間主要以4#煤層為主，4#煤層穩定性差，煤層受夾矸影響成層狀結構，導致兩巷之間煤體承載能力低[1-4]；而初步支護設計中頂板錨桿長度為2.5 m，錨索長度為6.0 m，錨桿（索）支護在過巷段無法進行有效支護。

2）貫通口處三角煤柱預留難度大：14206 運料斜巷貫通后與運輸順槽夾角為30°，巷道貫通后兩巷之間三角煤柱寬度小，從貫通口向運輸順槽機頭方向4.0 m 范圍內煤柱最大寬度為3.0 m，該區域三角煤柱采用傳統單錨桿支護效果差，受應力影響很容易垮落，導致貫通口空頂面積大，支護難度大[5]。

3 巷道掘進支護優化

3.1 過巷段人工復合頂板施工

為了解決近距離煤層巷道頂板支護難度大、支護效果差等技術難題，決定對14206 運料斜巷過巷段施工人工復合頂板。

（1）14206 運料斜巷掘進至距回風巷下方3.0 m處時停止掘進，并在回風巷設計頂板位置進行起底施工，采用松動爆破起底施工工藝，起底長度為6.0 m，起底寬度為4.5 m，深度為1.6 m，起底后及時清理煤矸。

（2）回風巷起底完成后，對起底處鋪設密集工字鋼梁，工字鋼梁長度6.0 m，鋼梁兩端各焊制一個直徑為30 mm 圓孔，起底處共計鋪設40 根工字鋼梁。鋼梁鋪設完成后在鋼梁兩端各穿拉一根錨索，在兩端采用鎖具進行固定。

（3）鋼梁鋪設完成后對起底處采用混凝土澆筑，混凝土澆筑厚度達0.6 m 后，在澆筑面上埋入3 組長度為1.2 m，直徑為22 mm 左旋無縱筋螺紋鋼錨桿，每組3 根，錨桿布置間距為1.6 m，排距為2.0 m，如圖2所示。

圖2 14206運料斜巷過巷段復合頂板施工斷面

（4）錨桿埋入后繼續澆筑，當澆筑面與回風巷底板平整后停止澆筑并對澆筑面進行整平，然后在每組錨桿外露端安裝一根工字鋼梁，鋼梁長度為4.5 m，鋼梁上均勻布置3 個直徑為30 mm 圓孔，鋼梁安裝后采用螺母將其預緊。

（5）復合頂板施工后巷道繼續掘進，過巷掘進期間為了進一步提高復合頂板穩定性，在過巷段架設密集工字鋼棚，鋼棚架設間距為0.5 m，采用錨桿將棚腿與兩幫進行固定，共計架設10 架矩形鋼棚。鋼棚架設完后在鋼棚頂梁上方鋪設四排長度為5.0 m 工字鋼梁。

3.2 三角煤柱柔模澆筑支護

為了提高14206 運料斜巷貫通口處頂板穩定性，避免因三角煤柱垮落導致貫通口頂板失穩現象，決定對三角煤柱采取柔模澆筑支護。

（1）14206 運料斜巷貫通后首先在垮落的三角煤柱區域支設四排木柱，共計9 根，最寬處支設3根，木柱長度為3.5 m，直徑為300 mm，木柱支設排距為1.0 m，間距為1.4 m，木柱支設完成后保證木柱支設牢固可靠。

（2）為了保證三角區域柔模澆筑后澆注體與實煤區煤柱膠結為整體，在支設木柱最寬區域向實煤區煤柱施工2 排單錨桿支護，每排3 根，錨桿間距為1.0 m，排距為1.5 m，如圖3所示。

圖3 14206 運料斜巷貫通口處三角煤柱柔模澆筑支護

（3）木柱支設完后在支設木柱區域周圍掛金屬網并進行固定，然后人工支盒，盒板采用長度為3.0 m，寬度為0.3 m，厚度為50 mm 木板。當支盒高度達1.0 m 時對支盒區域進行混凝土澆筑，澆筑到位后繼續支盒，依次類推直至澆筑體與頂板接觸嚴實。

（4）混凝土內水泥、沙子、石子配比為1∶2∶2，柔模澆筑期間必須采用振動泵將澆筑區震動嚴實[6]，澆筑后混凝土強度不得低于C20。

4 結論

截止2020年8月14日14206 運料斜巷已掘進到位，對巷道掘進期間施工人工復合頂板以及柔模澆筑施工后，通過現場觀察發現：

1）與原生煤層頂板相比，人工復合頂板穩定性強、承載能力高、隔絕效果好，解決了傳統近距離煤層間巖體穩定性差、支護難度大、支護效果差等技術難題，避免了頂板垮落事故發生。

2）對14206 運料斜巷貫通口處三角區域施工柔模澆筑支護技術后，解決了因三角煤柱預留難度大、支護效果差，導致三角煤柱垮落，造成貫通口空頂面積大等技術難題，提高了三角區域穩定性。