撞楔超前支护在掘进巷道过断层中的应用实践

康 庄

（大同煤矿集团雁崖煤业公司，山西 大同 037003）

1 工程概述

大同煤矿集团雁崖煤业公司三盘区2301巷设计长度为1490m，巷道为矩形断面，沿4#煤层顶底板平行掘进，2301巷断面规格为：宽×高=4.2m×3.5m，2301巷由机掘三队进行施工，目前已掘进620m。三盘区开采煤层发育不稳定，伪顶主要以泥岩和灰岩混合为主，厚度为1.4m，岩层稳定性差，受采动压力及构造应力影响很容易出现局部冒落现象；直接顶主要以细粉砂岩为主，平均厚度为3.5m；基本顶主要以粗砂岩为主，平均厚度为8.4m，在直接顶与基本顶之间夹杂着厚度为0.5m煤矸石。根据雁崖煤业公司地测科提供水文地质资料显示，2301巷施工至400m及650m处将揭露两条正断层F7(已揭露）和F8（未揭露），其中F8的H=2.7m，∠45°，F8断层对2301巷影响较大，预计影响范围达15m；2301巷施工期间初步支护设计采用锚杆、锚索联合支护，根据实际生产情况发现，当2301巷在揭露断层F7前，施工巷道顶板压力较大，在掘进期间顶板相对破碎，当巷道施工至380m(距F7断层剩20m）时，顶板出现大面积破碎现象，当2301巷在揭露F7断层瞬间距工作面8m范围内顶板出现大面积冒顶，冒顶高度达4.2m，在距工作面30m范围内永久支护全部失效，且造成3名施工人员受伤，掩埋开关两台以及其他机械设备，破坏电缆、风水管路及信号线达200m，共计造成煤矿经济损失215万元。事故主要原因是由顶板支护设计不合理、支护效果差造成的。对此三盘区2301巷在后期施工揭露F8断层前，通过技术例会，分析了过断层破碎带时采用传统单一锚杆、锚索支护存在的问题，并根据实际情况提出了撞楔超前支护配合永久支护在过断层带中应用，实践证明采取措施后保证了施工巷道安全顺利过断层带，取得较好效果。

2 传统支护形式及存在的问题

2.1 传统支护形式

2301巷初步设计中，巷道顶板采用单一的锚杆、锚索联合支护，顶板锚杆采用长度为1.8m“反麻花”钢锚杆，每排施工4根锚杆，锚杆间距为1.2m，排距为1.0m，每根锚杆配套一块水泥托板，水泥托板规格为长×宽=0.5m×0.2m。

顶板锚索采用长度为5.0m，Φ17.6mm预应力钢绞线，每排施工两根锚索，锚索间距为3.0m，每根锚索配套一块规格为长×宽=0.3m×0.3m钢托板，托板与锚索之间采用锁具进行预紧。

顶板每根锚杆配套一支锚固剂，型号为MSZ23/35，每根锚索配套两只锚固剂，一支型号为MSZ23/35、一支型号为MSZ23/60。

2.2 传统支护工艺存在问题

（1）2301巷宽度为4.2m，顶板每排仅布置四根单锚杆不符合要求，同时锚杆配套的水泥托板韧性差，在过断层带时受围岩压力、构造应力以及采动应力等外界压力影响，很容易出现断裂现象。

（2）2301巷顶板锚杆长度为1.8m，而根据地质资料显示，施工巷道顶板存在一层伪顶，厚度达1.4m。锚杆在锚固时锚固端处于伪顶与直接顶胶结面上，在过断层带时伪顶会发生垮落，从而造成顶板锚杆失效，同时顶板锚杆采用型号为MSZ23/35锚固剂，为慢速型，锚固时间较长，不能满足生产需要。

（3）2301巷顶板采用单一的锚杆、锚索支护只可对顶板局部范围内进行维护，而在过断层破碎带时对巷道顶板全断面维护效果差。

（4）施工巷道在过断层破碎带时，若仅采用永久支护无法及时对破碎带进行超前维护，对顶板支护效果差。

3 撞楔超前支护应用

为了保证施工巷道安全顺利过断层破碎带，提高断层破碎带顶板支护质量以及提前控制断层破碎区域，机掘三队采用撞楔超前支护对破碎区域超前控制，并对传统永久支护进行优化。

（1）2301巷顶板施工的撞楔支护主要由若干个长度为3.5m，Φ30mm的螺纹钢锚杆以及端头卡缆组成，如图1所示。

（2）首先在距断层5m的工作面顶板位置设计施工一排钻孔，共计10个，钻孔深度为3.0m，间距为0.4m，所有钻孔垂直工作面布置，如图1所示。

（3）工作面钻孔施工完后，在每个钻孔内填装两支锚固剂，一支型号为MSK23/35，一支型号为MSKC23/60，锚固剂填装完后依次向钻孔内注入长度为3.5m螺纹钢，并再用手持式钻机进行锚固。

图1 撞楔超前支护施工平面图 （单位：mm）

（4）螺纹钢锚固完后，在距钻孔外侧0.3m顶板位置施工一排固定锚杆，共计四根，间距为1.0m，固定锚杆施工完后在其下方安装卡缆并将10根螺纹钢锚杆与顶板预紧固定，预紧力不得低于150N·m。

（5）当第一排撞楔超前支护施工完后开始掘进，掘进进度为1.0m，当掘进2.0m后开始施工第二排撞楔支护，第一排撞楔支护预留1.0m，同时第二排撞楔支护与第一排撞楔支护交错布置。

（6）依次类推直至2301巷安全过断层带后停止施工撞楔超前支护。为了确保施工巷道过断层破碎带期间顶板永久支护质量，在过断层破碎带期间对传统永久支护工艺进行优化设计，具体如下：①顶板锚杆变更加长左旋螺纹钢锚杆，锚杆长度为3.0m，同时每排增加一根锚杆，并配套一根长度为4.0m“JW”型钢带；②顶板锚索变更长度为8.3m，Φ21.6mm高预应力钢绞线，每排由原来两根增加至三根，锚索间距为1.5m，排距为2.0m，同时将锚索配套的钢方托板更换为长度0.6m工字钢梁，如图2所示；③顶板锚杆、锚索锚固剂更换为快速（MSK）及超快型（MSKC)，每根锚杆配套一支MSK23/35，一支MSK23/60锚固剂；每根锚索配套一支MSK23/35，两支MSK23/60锚固剂。

4 结束语

2301巷过断层期间对传统锚杆、锚索支护存在问题进行分析，提出应用撞楔超前支护过断层破碎带方案。实践证明，2301巷过断层破碎带时，施工安全顺利，保证了施工速度，在过断层期间未出现漏顶、支护失效等问题。

图2 2301巷永久支护优化设计施工断面图