掘进巷道应力区围岩安全支护技术

2023-10-20 45 上传者：管理员

摘要：基于圣坡底煤矿3107回风顺槽掘进期间受集中应力影响，巷道掘进至450～520 m段巷帮垮落严重、顶板破碎等现象，严重制约着巷道安全快速掘进的问题，圣坡底煤矿通过技术研究，分析了巷道围岩破碎机理，提出了“注浆+架棚+穿帮锚索”等安全支护技术。通过实际应用效果来看，采取安全控制技术后巷道在后期掘进中有效控制巷帮垮落、顶板下沉、断裂现象，取得了显著应用成效。

关键词：
围岩控制
应力区
掘进巷道
架棚
注浆
穿帮锚索
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1、3107回风顺槽概况

晋能控股集团晋圣坡底煤业有限公司3107回风顺槽北部为实体煤，南部为3105工作面运输顺槽（已掘），东部为实体煤，西部为3106工作面。

3107回风顺槽沿煤层顶板掘进至371.32 m后调整为沿煤层底板掘进，施工区域内3号煤层厚度6.16m，倾角0°～25°，盖山厚度73～172 m（根据地面标高和井下标高计算）。3号煤层呈灰黑至黑色，似金属光泽，半亮型煤为主，阶梯状、贝壳状断口，内生裂隙较发育，性脆易碎，块状，层状构造。煤层视密度1.45 t/m3;3号煤层岩样单轴抗压强度为单轴抗压强度12.0～16.0 MPa，平均为13.5 MPa；饱和单轴抗压强度6.0～7.6 MPa，平均为6.7 MPa，属软岩类；软化系数0.50，泊松比0.50，普氏硬度系数为1.3，煤层顶底板岩性如表1所示。

3107回风顺槽在0～371 m段为矩形断面，巷道断面规格宽×高=3.8×2.5 m，采用锚网索+钢筋托梁进行支护。在371～721 m段为梯形断面，高度为2.5 m，上宽为3.4 m、下宽为4.8 m，采用锚杆（索）联合支护；巷道采用综合机械化掘进工艺，截至2022年3月18日巷道已掘进470 m[1,2]。

3107回风顺槽掘进至450 m处时巷道顶板及进向左帮开始出现破碎现象，当巷道掘进至460 m处时左侧巷帮上部出现大面积垮落，最大垮落长度为13 m，深度为1.5 m，垮落后对垮落区巷帮采取单锚杆、金属网进行补强支护，对顶板空顶区采取单锚索支护；当巷道掘进至470 m处时巷帮垮落深度达1.9 m，顶板出现断裂、破碎，巷道被迫停止施工。

表1 3107回风顺槽掘进的3号煤层顶底板岩性

2、巷道原永久支护及临时支护

2.1 永久支护

1）锚杆：停采线外及停采线里煤柱侧采用MG400/20×2 000 mm左旋无纵肋螺纹钢锚杆；锚杆间排距为800 mm、800 mm；采用150 mm×150 mm×10 mm拱形高强度托盘。

2）锚索：高强度、低松弛、大延伸率SKP21.8-1/1860/8300 mm的1×19结构的钢绞线锚索，型号Φ21.8 mm×8 300 mm，沿巷道中心线左右对称布置2根，间距和间排距均为1 600 mm。在顶板破碎区域，根据现场情况补打锚索或缩小锚索间排距补强支护。

3）钢筋托梁：顶帮架设钢筋托梁，采用Φ14 mm钢筋制作，外宽70 mm，顶梁长度3 500 mm,5孔布置；帮梁长度1 900 mm,3孔布置[3,4]。

2.2 临时支护

1）巷道掘进期间采用丝杠式前探梁超前支护，该装置主要由吊环、丝杠、纵梁、横梁等部分组成，如图1所示。

图1 丝杠式前探梁超前支护示意图（单位：mm)

2）支护时现将3组吊环安装在掘迎头3排钢带下方，然后在吊环上插入3根横梁，横梁上安装丝杠，将4根纵梁沿巷道走向铺设在横梁上方，拧动丝杠使纵梁与顶板接触严实，从而达到超前支护目的。

3、应力区围岩安全加强支护技术

3.1 注浆支护

1）为了提高巷帮围岩整体稳定性，决定对巷帮垮落区施工注浆钻孔进行注浆加固，每排施工两个注浆孔（钻孔编号为1号、2号），其中1号注浆孔布置在距顶板1.0 m，距左侧巷帮0.5 m处；2号钻孔布置在顶板与巷帮之间的肩角煤柱上，如图1所示。

2）注浆钻孔深度为3.0 m，直径为42 mm，其中1号钻孔布置仰角为30°，2号钻孔布置仰角为45°，钻孔布置排距为3.0 m，钻孔施工完后对钻孔内安装注浆软管并采用膨胀水泥进行封孔处理[5,6]。

3）采用聚氨酯黏合剂作为注浆材料，与传统水泥砂浆相比，该注浆材料属于有机化学材料，浆液渗透能力强度，凝固时间短，且注浆后形成的凝固体具有很强的黏接效果及抗压强度。

4）注浆时先从上往下依次注浆，注浆压力控制在2.5～5.0 MPa范围内，注浆期间应随时观测钻孔注浆量以及注浆时间，出现煤壁有浆液渗透时立即停止注浆施工。

3.2 梯形钢棚支护

1)3107回风顺槽架设的钢棚棚梁、棚腿均采用12号矿用工字钢加工而成，其中钢棚棚梁长度为3.64 m，棚腿长度为2.8 m，钢棚棚距为0.6 m，扎脚16°，钢棚间拉杆采用Φ16 mm拉杆制作而成，两帮各上2个拉杆，钢棚与巷道顶帮之间背板背实，若出现拉钩孔损坏，可采用直径不小于60 mm撑木和8号铁丝配合固定，且绑扎不少于2股，如图2所示。

2）采用规格为长×宽×厚=1 000 mm×200 mm×50 mm的红松木背板对钢棚与围岩之间间隙进行填充，布置方式：顶4块，两帮各3块，配合使用木楔接顶、帮严实。

3）钢棚架设区域内顶板铺设GW6.0/100-1.0×2.0型钢筋网，采用Φ6 mm钢筋焊接而成，钢筋网长度为2.0 m，宽度为1.0 m，网片搭接长度不得小于100 mm，使用14号的双股铅丝链接，链接要做到双丝双扣，呈两排“三花”布置，每隔200 mm联网2道，链接点间距不大于200 mm，拧结量不得少于3圈，网片要铺平、铺展紧贴岩面。

4）钢棚架设时前探梁沿巷道施工方向布置，梁间距要均匀，前探梁弯曲要及时更换；每根前探梁使用3个固定点，3个固定点布置均匀，梁尾距吊挂点不得小于0.3 m。

3.3 穿帮锚索支护

为了防止巷帮围岩在超前应力作用下出现破碎、垮落，决定对巷道进向左帮采取穿帮锚索支护。

1）穿帮锚索施工在巷道进行左帮上，每排布置4根锚索支护孔，钻孔直径为30 mm，深度为4.0 m，锚索垂直煤壁布置，如图2所示，第1个穿帮锚索钻孔距顶板间距为0.3 m，相邻2个钻孔布置间距为0.5 m。

2）钻孔施工完后对钻孔内填装锚固剂以及1根长度为3.8 m，直径为21.8 mmm锚索，并采用钻机进行锚固；穿帮锚索施工完后巷道在掘进过程中采用长度为2.0 m“M”型钢带进行固定。

图2 3107回风顺槽破碎围岩支护断面示意图（单位：mm)

4、结语

截至4月3日巷道已掘进至520 m，通过对巷道破碎围岩采取联合支护技术后，巷道在后期掘进过程中围岩破碎现象得到了有效控制，通过现场观察发现，在后期掘进中左帮最大片帮长度控制在3.0 m以下，最大片帮深度控制在0.5 m以下，未出现顶板破碎、断裂现象，巷道掘进速度提高至6.5 m/d，大大提高了巷道掘进效率，取得了显著应用成效。

参考文献:

[1]乔学慧.虎峰煤业顶煤破坏区回采巷道支护技术研究[J].山东煤炭科技,2022(9):27-29.

[2]石小磊.高应力软岩巷道支护技术的研究与应用[J].机械管理开发,2022(8):153-155.

[3]牛栋.采空侧巷道支护技术的研究与应用[J].煤炭与化工,2022(7):12-15.

[4]赵延龙.松软破碎围岩巷道支护技术研究[J].中国石油和化工标准与质量,2022(14):192-193.

[5]王春贤.基于压密层保护的破碎围岩掘进巷道支护技术[J].现代矿业,2022(7):80-83.

[6]鄢德恒.孤岛工作面回采巷道支护技术研究[J].煤矿现代化,2022(2):21-23.

文章来源:师江涛.掘进巷道应力区围岩安全支护技术[J].机械管理开发,2023,38(10):294-295+298.