巷道留頂區安全支護技術應用

蘇江波

（山西焦煤霍州煤電集團安全管理中心，山西 霍州 031400）

1 工程概述

霍州煤電集團三交河煤礦205 回風順槽井下位于+850 m 水平南翼，工作面東側20 m 為10-203 采空區，西側為實體煤，南端為實體煤，北端為下組煤輔助運輸巷。205 回風順槽正巷及系統巷總長度為1750 m，其中系統巷150 m，正巷1600 m，巷道沿10#煤層底板掘進。10#煤層厚度為1.6～2.0 m，平均煤厚1.8 m，煤層厚度穩定，夾矸為泥巖。頂底板巖性見表1。

表1 205 回風順槽掘進煤層頂底板巖性表

205 回風順槽系統巷設計斷面規格為寬×高=4.3 m×3.3 m，巷道從原204 運料繞道開口施工系統巷AB 段，巷道掘進20 m 后按設計右拐彎施工CD 段，施工長度為90 m，如圖1。

圖1 205 回風順槽系統巷平剖面示意圖（mm）

2 巷道掘進現狀

2.1 掘進及運輸系統

1）205 回風順槽系統巷采用EBZ260 型掘進機掘進，采用2 部SSJ-800 型帶式輸送機與盤區帶式輸送機聯合出煤，其中第一部輸送機安裝在原203運輸順槽機頭段，長度為60 m，第二部與第一部搭接。二部輸送機機尾安裝在系統巷開口處，采用防爆耙巖機裝煤至帶式輸送機上運出。

2）系統巷AB 段沿10#煤層底板掘進，掘進到位后以4°上山掘進CD 段，掘進30 m 后進入下組煤輔助運輸巷，層間距為1.5 m。巷道過輔助運輸巷頂板后以7°下山掘進，直至與回風巷貫通。

2.2 巷道掘進現狀

2021 年7 月12 日205 回風順槽系統巷CD 段掘進42 m，巷道已過輔運巷里9.5 m。地測科在38 m 處給定3#控制點，控制點共計3 個，主要控制巷道掘進中線及腰線，中線為進向左幫為1.84 m，進向右幫為2.46 m，腰線為線上0.6 m，線下為2.7 m；巷道掘進至42 m 處時實測腰線線上為2.3 m，腰下為2.6 m，巷道超高1.3 m。若按目前巷道掘進高度需以11°下山掘進方可與回風巷貫通。

若巷道按11°下山掘進時掘進坡度大，巷道短，巷道后期掘進撤退難度大且不利于煤矸運輸及正常通風，因此巷道掘進至37 m 處開始留頂掃底掘進，初次留頂高度為0.6 m，具體留頂方案如下：

1）初次留頂高度為0.6 m，首先在頂板下方0.6 m 施工一排超前支護，支護體采用直徑30 mm 圓鋼，每排布置8 根，布置間距0.6 m，在留頂區迎頭煤壁布置一排護幫。

2）對留頂區煤壁支護完成后，掘進機機頭從超前支護下方進行掘進，當掘進0.9 m 后及時施工一排錨桿支護。為了保證巷高，留頂后掘進機后退至34 m 處進行掃底，確保腰線高度為2.7 m。依次類推直至留頂后腰線點至頂板高度為0.6 m，需3次留頂。

3）由于受不穩定性直接頂影響，巷道在初次留頂時出現頂板垮落，巷道迎頭出現“倒三角”煤柱，造成留頂區錨桿（索）支護失效嚴重。

3 留頂區支護及施工工藝優化

由于留頂區圍巖失穩嚴重且伴隨著冒漏現象，采用傳統錨桿、錨索支護效果差，無法實現頂板預留，決定對原頂板支護進行優化，采用“斜孔注漿+改良管棚支護+雙L 型錨索鋼棚+人工假頂”聯合支護技術[1-5]。

3.1 斜孔注漿

為了實現一次性留頂，決定留頂高度為1.7 m，并對留頂區不穩定巖體采取斜孔注漿加固。

1）注漿斜孔布置。205 回風順槽系統巷迎頭留頂區巖體上共計布置2 排，第一排布置頂板下方0.5 m 處，第二排布置在頂板下方1.5 m 處。鉆孔深度為5.0 m，直徑為45 mm。

2）每排布置3 個注漿孔，鉆孔間距為1.5 m，上排鉆孔以30°仰角布置，兩邊鉆孔以20°水平角布置，下排鉆孔垂直煤壁布置。

3）注漿鉆孔施工完后，對鉆孔內安裝注漿軟管并安裝止漿塞，采用注漿泵進行注漿施工。注漿材料采用高強度硅酸鹽水泥與水玻璃混合漿液。

3.2 改良管棚支護

傳統超前管棚支護在支護過程中雖然起到梁效應，但是在實際支護過程中當上覆巖體出現破斷、下沉時，管棚支護會出現嚴重變形現象，超前支護效果差，所以決定對留頂區施工改良管棚支護。

1）改良超前管棚支護主要由中空鋼管、槽鋼、螺母等部分組成。中空鋼管長度為3.0 m，直徑為30 mm，一端設置為銷尖狀，另一端設置為絲扣結構；槽鋼長度為1.5 m，寬度為0.12 m，鋼梁上焊制3 個支護孔，孔直徑為30 mm，間距為0.6 m。

2）管棚支護施工工序如下：① 先在設計留頂位置施工一排超前管棚支護，每排布置15 根，布置間距為0.25 m；② 施工完管棚支護后，在每3 根管棚端頭安裝一根槽鋼，采用螺母進行固定；③ 槽鋼垂直管棚布置，槽鋼與留頂煤柱之間采用1 根長度為2.0 m 錨桿進行固定。

3.3 L 型錨索鋼棚

1）管棚及注漿施工完后，開始沿預留頂板掘進，掘進深度為0.5 m，掘進后及時對頂板施工一排W型鋼帶。為了控制留頂區肩角煤垮落，對留頂后前10 m 范圍內施工5 排雙L 型錨索鋼棚。

2）雙L 型鋼棚每組2 架，鋼棚采用12#槽鋼焊制而成，長邊長為2.2 m，短邊長為1.5 m，長邊上焊制3 個錨索支護孔，孔間距為1.0 m，短邊上焊制一個錨索支護孔，位于短邊中部。每組L 型鋼棚長邊端頭采用插銷式對接，對接后端頭錨索孔重合。

3）雙L 型鋼棚具體施工工序如下：① 留頂后每掘進1.8 m 施工一組雙L 型鋼棚，首先將2 架鋼棚對接并采用2 根長度為8.3 m、直徑為21.8 mm的恒阻錨索將其固定在頂板上；② 同一組鋼棚對接后，在對接處施工一根錨索，對L 型鋼棚短邊安裝1 根長度為4.3 m、直徑為21.8 mm 的恒阻錨索，錨索以15°仰角布置。

3.4 人工假頂施工

由于留頂高度為1.7 m，巷道在后期掘進過程中留頂臺階處很容易出現窩風瓦斯積聚現象，決定對留頂臺階處施工人工假頂。

1）留頂臺階位于巷道CD 段42 m 處，在巷道34～42 m 處施工人工假頂，人工假頂采用工字鋼吊棚、W 型鋼帶、鋼筋網、道木進行聯合施工。

2）首先在假頂區施工4 排錨索吊棚，吊棚布置間距為2.0 m，第一架吊棚施工距留頂臺階0.5 m處，第一架吊棚施工高度為1.7 m，第二架施工高度為1.3 m，第三架施工高度為0.9 m，第四架施工高度為0.5 m。

3）4 架錨索吊棚施工完后，在其上方依次鋪設W 型鋼帶及鋼筋網，W 型鋼帶每排布置2 根，每根長度為4.0 m，共計鋪設鋼帶5 排。每片鋼筋網長度為2.5 m，寬度為1.5 m。

4）鋼帶鋪設完成后，對上覆鏤空區鋪設“井”字型木垛，道木長度為1.2 m，寬度為0.15 m，每排布置3 組，每2.0 m 施工一排，共計施工3 排木垛。如圖2。

圖2 205 系統巷超高留頂區支護剖面示意圖（mm）

4 結語

1）采用注漿加固法，對留頂區不穩定圍巖二次膠結重組，提高了圍巖內摩擦角及自身承載強度，煤巖體單軸抗壓強度提高至35 MPa，為后期一次性留頂奠定基礎。

2）對留頂區施工改良超前管棚支護，解決了傳統管棚支護在應力作用下出現變形、超前支護效果差等難題，實現了超前支護與永久支護協同支護的目的。

3）與傳統錨索棚相比，雙L 型鋼棚支護強度高，在對頂板支護過程中可聯鎖控制肩角煤柱破碎、垮落現象。通過現場實際應用效果來看，巷道預留頂板過程中肩角煤柱未出現垮落。

4）對留頂超高區施工人工假頂后，解決了超高區瓦斯積聚現象，提高了超高區頂板承載強度，避免了超高區頂板在留頂臺階切頂作用下出現頂板斷裂、垮落現象。