破碎顶板巷道掘进支护技术研究与应用

王 亮

（大同煤矿集团云冈矿，山西 大同 037000）

1 概况

大同煤矿集团云冈矿设计生产能力1.0Mt/a，随着矿井的开拓延伸，目前井田在12#煤层布置采掘工作面。12#煤层平均厚度为1.52m，含有一层0.3～0.5m厚的夹石，平均倾角2.5°。511回风巷位于12#层311盘区北部，设计长度440m，巷道断面规格长×宽=4.5×3.0m，巷道南部分别布置12#层311轨道巷、311皮带巷，北部为实煤区。511回风巷由机掘三队采用综合机械化掘进，巷道采用锚杆、锚索、W型钢带联合支护，已掘进210m。

511回风巷为半煤岩巷掘进，巷道顶板存在伪顶，主要以黑灰色粉细砂岩互层为主，平均厚度为1.33m，岩层不稳定易破碎，直接顶主要以炭质泥岩为主，平均厚度为4.09m，岩石成磷状结构、脆性大。根据云冈矿地测科提供511回风巷地质资料显示，巷道掘进至180～360m段施工巷道分别揭露F3、F4、F5、F6等7条正断层，断层平均落差为0.6m，受构造应力影响511回风巷掘进至180m处顶板出现破碎现象，巷道在180～210m段顶板支护效果相对较差，支护施工3d后顶板破碎区域锚杆、锚索失效严重，顶板出现网兜现象严重，局部顶板出现下沉。对此，合理分析了传统锚杆、锚索支护的不足，提出了合理有效的支护措施，确保巷道安全顺利施工。

2 支护失效原因分析

（1）初步支护设计中511回风巷采用锚杆、锚索、W型钢带联合支护，每掘进1.0m施工巷道顶板施工5根锚杆并配套一根长度为4.1m“W”型钢带，锚杆间距为0.9m，排距为1.0m。当顶板出现破碎时，岩层胶结稳定性差，采用钢带、锚杆支护只能对巷道顶板岩石层横向一定范围内（与巷道垂直方向）存在联锁支撑作用，而与巷道走向方向由于相邻两根钢带无任何联锁支撑作用，所以单一的钢带、锚杆对顶板走向方向岩石支护效果差，相邻两根钢带相互独立，起不到联锁支护效果。

（2）锚杆、锚索支护主要是通过在顶板完整岩石层施工加长钻孔，在钻孔内依次填装锚固树脂剂、支护材料并采用钻机对支护材料进行锚固，从而达到对一定范围内整体岩石层悬吊作用。此方法对于破碎顶板岩层整体稳定性差，不仅完好钻孔施工难度大，而且支护材料锚固后锚固力、拉拔力达不到预期效果，一旦顶板岩层内部再次出现破碎，顶板支护很可能出现失效现象。

3 “注浆+圆钢托架”联合支护

通过分析传统锚杆、锚索支护在顶板破碎带中应用存在的不足，明确了通过支护加强破碎顶板稳定性必须满足两个条件：一是进一步提高破碎顶板胶结稳定性；二是支护作用必须保证顶板纵向、横向岩层具有相互联锁作用。对此，决定对511回风巷破碎顶板采用“注浆+圆钢托架”联合支护。

3.1 注浆支护

注浆支护主要是在掘进工作面指定位置施工一排注浆钻孔，采用专用高压注浆泵对钻孔内注射浆液，通过浆液将破碎岩石粘接在一起，从而达到提高破碎岩石胶结稳定性目的。

（1）511回风巷在过破碎带期间，注浆钻孔施工在距工作面顶板1.5m处，每排施工5个注浆钻孔，钻孔间距为1.0m，钻孔深度为5.0m，钻孔与工作面成15°仰角布置。

（2）工作面注浆钻孔施工采用风动手持式钻机、配套钻杆以及Φ42mm钻头。钻孔施工后必须确保钻孔壁完好，位于巷道两帮钻孔与巷帮成60°夹角布置。

（3）注浆钻孔施工完后，采用高压注浆泵向其高压注射浆液，511回风巷注浆液采用瑞米一号加固剂，注浆液主要成分为聚亚胶脂，注浆压力不得低于12MPa。

（4）在注浆时，采用先中间后两帮逐一单孔注浆顺序。单孔注浆时，发现煤岩体有浆液渗透，立即停止注浆并及时封孔，当工作面注浆完成且5h后，待顶板破碎岩体完全胶结稳定方可继续掘进。

3.2 圆钢托架联锁支护

圆钢托架联锁支护采用特制圆钢托架将破碎顶板相邻两排钢带进行联锁，当一排支护出现失效或支护力不足时，相邻支护仍可起到支撑作用。

（1）511回风巷注浆完成后进行掘进时，当顶板空顶距离达1.0m时及时施工锚杆、锚索、W型钢带支护，顶板钢带仍采用长度为4.1m，每根钢带配套5根单锚杆，锚杆间距为0.9m，将钢带排距缩小至0.8m。

（2）当相邻两排钢带施工完后，在第一根钢带的第一根锚栓与第二根钢带的第二根锚栓之间安装一根长度为1.0m圆钢托架，在第一根钢带的第四根锚栓与第二根钢带的第五根锚栓之间同样安装一根长度为1.0m圆钢托架。圆钢托架主要由Ф20mm圆钢制成，在圆钢两端分别采用厚度为5mm的扁铁焊制一个Ф25mm圆孔。

（3）同样将第二排钢带第二根锚杆、第五根锚杆分别与第三排钢带第一根锚杆、第四根锚杆采用圆钢托架连接，两组圆钢托架成迈步式布置，具体如图1所示。

（4）为进一步提高顶板稳定性，顶板每排施工三根锚索，锚索间距为1.8m，排距为1.6m，每排锚索下方采用长度为0.6m的11#工字钢梁与顶板进行预紧。

图1 过破碎带顶板圆钢托架平面布置示意图

4 应用效果

采用注浆+圆钢托架联合支护工艺后， 511回风巷210～360m顶板破碎带顶板未出现下沉、破碎以及支护失效现象，有效提高了破碎带顶板的整体稳定性，提高了巷道掘进效率，保证了施工安全和巷道的功能需求，取得了明显效果。