掘进巷道过断层破碎带支护工艺优化设计

2018-09-21刘星星

山东煤炭科技 2018年9期

刘星星

（霍州煤电集团兴盛园煤业有限责任公司，山西临汾 031400）

断层的形成破坏了煤岩层整体性，降低了岩层面胶结稳定性，当掘进巷道过断层带时，断层上下盘煤岩层出现失稳现象，断层面附近煤岩体受构造应力、原岩应力以及上覆岩层重力的影响，出现离层、破碎、局部冒顶现象，单一的锚杆支护锚固效果差，岩层破碎时锚杆的悬吊作用失效。随着时间推移，断层带处应力不断加大，顶板表层岩石层不具有支撑作用且支护作用失效，从而造成破碎带顶板成层状破碎趋势且向顶板深部延伸，从而发生顶板漏顶事故。本文以兴盛园煤矿1011巷为例，对巷道过断层破碎带期间顶板支护进行优化，确保施工巷道安全快速过断层破碎带。

1 工程案例

霍州煤电集团兴盛园煤业有限责任公司1011巷位于430水平，巷道设计长度1130m，断面规格宽×高=4.5×2.6m，巷道沿1#煤层顶底板平行掘进。1011巷初步支护设计中顶板采用锚杆、锚索联合支护，顶部选用Φ20×2000mm左旋螺纹钢高强锚杆，每根锚杆使用CK2340型和Z2388型树脂锚固剂各一卷，配套Φ130×8mm冲压碟形垫片一个。锚索采用Φ17.8×7300mm钢绞线，配套400×400×20mm方形钢板，HL锁具一个，Φ130×8mm冲压碟形垫片两个，锚固剂CK2340型、Z2388型各两卷进行锚固，截至目前巷道已掘进760m。

根据兴盛园煤矿地测科提供资料显示，1011巷掘进至780m处将揭露一条正断层F7，落差1.2m，倾角55°，由于1011巷直接顶主要以炭质泥岩为主，受构造应力影响，巷道掘进至750m处时顶板出现大面积破碎，且顶板破碎深度达3.0m。预计当巷道掘进至破碎带处时，传统锚杆、锚索支护不能满足生产需求，顶板出现下沉、局部冒顶等现象。

2 破碎顶板支护工艺优化

通过技术研究，对传统支护设计进行优化，采用组合锚索悬板支护。

（1）组合锚索悬板主要由四根长度为8.3m，直径为21.6m高预应力锚索，两根长度为3.5m，直径为22mm加长左旋无纵筋螺纹钢锚杆以及一块长度为4.5m，宽度为1.2m，厚度为4mm钢板组成。

（2）距钢板两端0.25m处以及钢板中部及四周各焊制一个孔径为25mm圆孔，钢板两边各焊制两个孔径为22mm圆孔，如图1所示。

（3）当施工巷道掘进至断层破碎带时，采用锚索钻机在破碎顶板距巷帮0.35m处各施工一个深度为3.5m，孔径为30mm钻孔，钻孔施工完后在钻孔内依次填装两支锚固剂（MSKC23/40型、MSK23/80型）以及加长锚杆，并采用手持式钻机进行锚固，锚固后锚杆外露长度控制在10～30mm之间。

（4）加长锚杆锚固后，在前下方安装钢板，并采用拱形垫片及螺母进行预紧，螺母扭矩不得低于 200N·m。

（5）钢板与顶板固定后，在其中部预留孔位置分别施工五个深度为8.0m钻孔，并依次填装三支锚固剂（一支MSKC23/40型、两支MSK23/80型）及预应力钢绞线，并采用长×宽=0.5×0.5m钢托板及锁具进行预紧，预紧力不得低于36MPa。

（6）第一块组合锚索悬板施工完后开始施工第二块，且相邻两块悬板之间预留宽度为0.25m间隙，并在间隙处施工三个卸压孔，卸压孔间距为2.0m，深度为5.0m，孔径为60mm。

（7）为了保证相邻两块悬板具有联锁保护作用，在相邻两块悬板之间采用长度为0.4m，直径为30mm圆钢托架进行连接，如图1所示。

图1 1011巷断层破碎带处组合锚索悬板支护平面图

3 应用效果

（1）1011巷过F7断层期间顶板破碎长度为30m，顶板共施工组合锚索悬板20块，每块组合锚索悬板成本费用为320元，只需3d即可施工完成，共计需劳动及成本费用为17000元；而传统锚网支护时，共计施工150根锚杆、锚索35根、金属网25卷且需8d方可完成，共计劳动及材料成本费用为55000元。由此可见施工组合锚索悬板支护缩短支护周期，节约了材料及劳动成本费用。

（2）组合锚索悬板支护时通过钢板与组合锚索相配合，从而达到对破碎顶板进行支撑悬吊作用，单块组合锚索悬板对破碎顶板支护面积达5.7m2，与传统锚杆配套钢带相比，支护面积大，且组合锚索采用长度为8.3m预应力钢绞线，可完全锚固在坚硬顶板内，支护效果好。1011巷破碎顶板施工组合锚索悬板后对顶板进行60d观察发现，破碎顶板未发生下沉现象，悬板支护起到预期支护效果。

（3）1011巷破碎顶板处相邻两块组合锚索悬板之间采用一组圆钢托架进行固定连接，加强了锚索悬板之间联锁保护作用，同时采用卸压孔对顶板进行卸压，有效防止了因顶板压力集中造成顶板支护失效、顶板冒顶事故发生。