煤巷掘进破碎顶板技术管理分析

刘 伟

（潞安集团 李村矿，山西 长治 046604）

1 概述

潞安集团李村矿1305进风巷，位于一采区胶带下山+277.7 m位置，北部为1307工作面，西面为一采区2#回风下山，南面为1303工作面。

1305进风巷，巷道设计长度为1060 m，巷道断面规格为宽×高=5.2 m×4.2 m，施工巷道沿3#石炭系煤层顶底板平行掘进，巷道存在伪顶，平均厚度为0.58 m，主要以炭质泥岩为主，直接顶平均厚度为1.5 m，主要以砂质泥岩为主，基本顶平均厚度为6.6m，主要以粉砂岩为主，如表1所示。巷道采用综合机械化掘进施工工艺，截至目前巷道已掘进674 m。

表1 1305回风巷顶、底板岩性特征

根据地质资料，1305进风巷掘进至670m处揭露DF6正断层，断层落差为H=1.7 m，倾角为52°，受构造应力和采动影响，巷道过断层期间顶板出现破碎、下沉、局部冒顶现象。

2 巷道原支护设计及存在的问题

2.1 原支护设计

（1）顶板支护设计：顶板采用锚杆、锚索、W型钢带、金属网进行联合支护，顶板每排施工6根长度为2.5m，直径为22 mm左旋无纵筋螺纹钢锚杆，锚杆间距为1.0m，排距为1.0 m；顶板钢带规格为长×宽=5.0 m×0.25 m，钢带与锚杆配套使用；顶板锚索采用长度为5.3m，直径为17.8 mm预应力钢绞线，每排施工3根锚索，锚索间距为1.8 m，排距为3.0 m，锚索与顶板之间采用规格为长×宽=0.3 m×0.3m钢托板进行预紧。

（2）巷帮支护设计：巷帮采用锚杆、小钢带及金属网联合支护，共计施工四排护帮，间排距为1.0 m，锚杆采用长度为2.0m，直径为22 mm左旋无纵筋螺纹钢锚杆，小钢带规格为长×宽=0.45 m×0.25 m。

2.2 存在的问题

（1）由于3#煤层为石炭系煤层，发育不稳定，受DF6正断层影响，巷道掘进至650m处巷道顶板出现局部破碎现象，且向顶板深部延伸，最大破碎深度达3.0m，采用长度为2.5 m锚杆支护时，锚固效果差，起不到预期支护效果。

（2）顶板破碎后岩体胶结稳定性及承载能力大大降低，通过第破碎岩体进行单向抗压实验发现，破碎岩石单向抗压强度仅为10.9 MPa，而顶板采用宽度为0.25 m“W”钢带进行维护无法起到巷道纵向顶板保护作用，通过现场观察发现，随着巷道开拓延伸，相邻连根钢带之间破碎顶板出现下沉现象，当巷道掘进674 m处，破碎顶板最大下沉量达0.44 m，且受岩体下沉作用，部分钢带支护出现失效现象。

（3）1305进风巷采用综掘工艺，巷道掘进期间顶板最大空顶距达3.0 m，每个循环巷道掘进空顶的平均时间为2.5 h，在此期间顶板在构造应力及上覆岩层重力作用下，顶板出现局部冒顶现象，不仅降低了巷道掘进效率（2.5 m/d），而且严重威胁着巷道掘进施工安全。

3 强化安全技术管理

为确保1305进风巷安全过断层破碎区域，提高巷道掘进效率，决定对破碎顶板采取注浆+超前锚杆支护+加宽多筋梯子梁等联合安全管理措施。

3.1 注浆支护

注浆支护目的主要是提高破碎顶板胶结稳定性，保证顶板具有一定的承载能力，从而确保顶板支护合理有效。

（1）在施工巷道650 m处顶板开始施工注浆钻孔，钻孔与顶板成30°夹角布置，每排布置四个钻孔，钻孔间距为1.0m，钻孔直径为45 mm，深度为6m，其中两帮钻孔与巷帮成60°夹角布置。

（2）第一排注浆钻孔施工完后，采用高压注浆泵由中间钻孔向两帮钻孔依次高压注射马丽散浆液，注浆压力不得低于2.0 MPa，确保注浆液能够完全挤入顶板岩体裂隙内，注浆期间发现邻孔有浆液渗透时立即停止注浆，并采用膨胀水泥对钻孔进行封孔，封孔长度为0.3 m。

（3）当第一排注浆孔注浆3 h后，施工第二排注浆孔，相邻两排注浆孔孔口间距为5.0 m，见图1。

图1 1305进风巷破碎顶板注浆支护断面及剖面

3.2 超前锚杆支护

为了防止巷道掘进后因顶板支护不及时发生冒顶事故，决定在巷道设计顶板位置施工一排超前锚杆支护，提前对顶板进行支护，减小构造应力及回采应力对顶板作用。

（1）首先在施工巷道设计顶板位置施工一排超前支护钻孔，钻孔垂直煤壁布置，每排布置10个钻孔，钻孔深度为4m，钻孔直径为30 mm。

（2）超前支护钻孔施工完后向钻孔内依次填装锚固剂及超前支护体，每个钻孔填装三支锚固剂分别为一支MSKC23/35型，两支MSKC23/60型；超前支护体采用长度为4mm，直径为25 mm加长预应力螺纹钢锚杆。

（3）锚固剂及超前支护锚杆填装后采用手持式钻机进行锚固，锚固后杆体承受拉拔力不得低于120 kN。

（4）当第一排超前锚杆支护施工完，且巷道掘进3 m后施工第二排超前锚杆支护，相邻两排锚杆支护交错叠加1.0 m，依次类推直至喊道完全过断层破碎带。

3.3 加宽多筋梯子梁支护

加宽多筋梯子梁支护可有效对破碎带顶板起到区域主动支护作用，提高破碎岩体整体耦合作用，从而防止破碎顶板发生冒顶事故。

（1）1305进风巷破碎顶板采用的加宽多筋梯子梁长度为3.0m，宽度为0.5 m，每组双筋梯子梁由6根长度3.0m，直径为30mm的圆钢、4根长度为0.5 m的夹板、3根规格为长×宽=0.5m×0.28 mm的“JW”钢带、以及圆钢托架、预应力锚索等部分组成。

（2）首先将双筋梯子梁平行布置在巷道顶板上，采用“JW”型钢带及高预应力锚索将其与顶板固定，每排施工三组，间距为1.0 m，为了提高多筋梯子梁间联锁保护作用，在相邻两组多筋梯子梁之间安装两根长度为1.2m圆钢托架，见图2。

图2 1305进风巷破碎顶板多筋梯子梁支护平面

4 应用效果分析

1）1305进风巷破碎顶板采用注浆支护后有效提高了顶板破碎岩体胶结稳定性及承载能力，通过对注浆后岩体单向抗压实验发现，注浆后岩体单向抗压强度提高至64.6 MPa，保证了顶板锚杆支护效果。

2）1305进风巷安装加宽多筋梯子梁后，解决了顶板钢带支护面积小，支护效果差等技术难题，防止了顶板出现下沉、破碎现象，该支护施工后通过对破碎顶板观察发现，顶板最大下沉量为0.12 m（塑性变性阶段），后期趋于稳定，顶板未发生大面积下沉、冒落现象。

3）施工巷道掘进期间对设计顶板位置施工加强超前锚杆支护，有效防止了巷道掘进时因支护不及时、顶板压力大而发生冒顶事故，1305进风巷通过顶板破碎区施工超前锚杆支护后，有效控制了顶板破碎、局部冒顶现象，保证了巷道掘进效率，日掘进量达7.5 m。

5 结语

通过技术实践，对1305进风巷破碎顶板采取“注浆支护+超前锚杆支护+加宽多筋梯子梁支护”等联合安全管理措施。实践表明，采取联合措施后，防止了顶板破碎面积进一步扩大，提高了破碎顶板稳定性及巷道掘进效率，避免了因顶板破碎发生冒顶事故，取得了显著成效。