软岩煤层巷道掘进安全支护技术应用

彭 军

（潞安集团司马煤业公司，山西 长治 047105）

1 概 述

潞安集团司马煤业公司1216运巷位于二采区，施工巷道东部、南部为未采区，工作面向西依次为1216出煤巷、1216辅助运输巷、1216风巷（外段）三条巷道，工作面向北为1215工作面。1216运巷设计长度为486m，断面规格为宽×高=4.5×3.0m，回采煤层为石炭系3#煤层，平均厚度为6.0m，巷道掘进期间预留顶煤厚度为3.0m。

3#煤层无伪顶，直接顶主要以炭质泥岩为主，平均厚度为4.5m，岩体稳定性差，受构造应力及采动影响易破碎、断裂；基本顶主要以灰白色粗砂岩为主，平均厚度为17.9m，岩石普氏系数f＞7.0，硬度大。

1216运巷掘进期间顶板采用锚杆、锚索、钢带联合支护，顶板每排布置5根长度为2.5m左旋无纵筋螺纹钢锚杆，间排距为1.0m；钢带长度为4.2m，宽度为0.25m，布置间距为1.0m；顶板锚索长度为5.5m，每排布置3根，间距为1.8m，排距为3.0m。巷帮采用单锚杆支护，每排布置3根，锚杆间排距为1.0m。目前1216运巷已掘进120m。

2 巷道前期掘进阶段存在问题

（1）巷道顶板破碎严重。由于3#煤层属石炭系煤层，煤层成破碎状，胶结稳定性差。1216巷掘进时预留顶煤厚度为3.0m，巷道施工断面大，巷道施工后受采动应力影响，顶煤承载能力低，出现破碎、局部冒顶现象，且向深部延伸，顶煤与直接顶出现离层，最大下沉量达0.37m。

（2）支护失效现象严重。1216运巷顶板锚杆长度为2.5m，锚杆锚固端位于破碎顶煤中。锚杆支护后通过拉拔试验发现，锚杆抗拉拔力低于50kN，锚固效果差，出现锚杆失效现象严重，支护合格率仅为45.6%。同时，顶板锚索长度为5.5m，锚固端位于直接顶中，锚索对顶板破碎岩体悬吊作用效果差，起不到预期支护效果。

（3）巷道风化现象严重。1216运巷掘进时采用55kW局部通风机向工作面供风，施工巷道巷帮、顶煤相对松散，在风流氧化下煤体易出现自燃现象，巷道回风流中CO浓度可达0.0012%。

3 1216运巷联合支护措施

针对1216运巷前期掘进阶段主要存在问题，决定在巷道后期掘进过程中采取“注浆+优化支护设计+架设U29型工字钢棚+喷碹”等联合措施加强巷道维护。

3.1 注浆支护

（1）1216运巷掘进至120m处时，对工作面施工一排仰斜注浆钻孔。钻孔施工在距顶板1.0m处，每排施工4个，钻孔与巷道顶板呈60°夹角仰斜布置，钻孔间距为1.0m，深度为5.0m，钻孔排距为3.0m。

（2）钻孔施工完后依次向钻孔内埋入注浆小管，并与ZBQS-12.5小型气动注浆泵连接进行注浆施工。注浆液采用马丽散树脂与催化剂的混合液 ,其体积比为1:1，重量比为1:1.17。

（3）注浆前应对钻孔进行封口处理，注浆时注浆压力控制在1.0～1.5MPa之间，注浆期间发现煤壁有浆液渗出时立即停止注浆，注浆完成2h后巷道方可继续掘进。

3.2 优化支护设计

为了提高巷道锚杆（索）支护效果，施工巷道在后期掘进时对顶板原永久支护设计进行优化。

（1）优化后顶板采用长度为3.5m预应力锚索代替锚杆支护，间排距不变，每根锚索采用两根锚固剂进行锚固，锚固力不低于100kN。

（2）顶板钢带采用“JW”型加宽钢带，钢带规格为长×宽=4.2×0.28m，每根钢带配套5根锚索使用，钢带间距为1.0m。

（3）顶板单锚索采用长度为8.0m、直径为21.6mm高强度预应力锚索，锚索间排距不变。每根锚索外露端采用一根长度为0.6m工字钢梁及锁具将其与顶板预紧，预紧力不得低于233kN，锚固力不得低于170kN。

3.3 架设U29型工字钢棚

（1）1216运巷从115m处开始架设U29型钢棚，钢棚架设间距为1.0m，钢棚断面规格为宽×高=4.5×2.8m。

（2）首先按照钢棚控制中线安装两帮处棚腿，棚腿安装在稳定坚硬底板上，并采用锚杆、卡缆将其与巷帮进行固定。

（3）棚腿安装后将顶梁与棚腿对插安装，并采用卡缆固定预紧，预紧力不得低于200N·m。相邻两架钢棚架设完成后，在钢棚顶梁与顶板间隙处填塞上规格为长×宽=1.2m×0.3m水泥背板。

3.4 喷碹

为了防止施工巷道后期掘进期间出现煤层风化，导致煤层自燃、巷道内有害气体浓度升高等，为了进一步提高巷道支护强度，对施工巷道进行喷碹施工。

（1）1216运巷采用鹤转Ⅱ型喷浆机以及50mm快速接头钢管联合进行喷浆施工，喷浆料采用水泥与红石配比为1∶3的混合料，喷浆时采用工作面压风作为动力。

（2）喷浆施工距工作面迎头初喷间距为50m，复喷间距为30m，巷道喷浆时由三人配合施工，一人上料，一人拉管，一人喷浆。喷浆时由两帮向顶板、由低向高的顺序进行，初喷厚度为0.15m，复喷厚度为0.1m，喷浆后确保喷浆料完全覆盖煤体。

4 结 语

潞安集团司马煤业公司对1216运巷掘进期间存在的主要问题进行分析，提出了“注浆+优化支护设计+架设U29型工字钢棚+喷碹”等联合措施加强巷道维护，通过实际应用取得了显著成效。

（1）采用注浆支护提高了1216运巷顶煤胶结稳定性及承载能力，破碎煤体单轴抗压强度提高至54MPa，减少了巷道掘进期间顶煤破碎现象。

（2）通过对1216运巷原顶板支护进行优化，提高了锚杆（索）支护效果，保证了悬吊支护作用，避免了不稳定岩体因支护不合格出现离层现象，巷道在后期掘进阶段，未出现顶板支护失效现象，顶板支护合格率提高至94%以上。

（3）通过对施工巷道架设U29型钢棚后，进一步提高了顶板稳定性，避免了顶板冒顶、垮落事故发生。通过实际观察发现，1216运巷架设钢棚后在后期掘进期间，巷道顶板未出现大面积冒顶事故，顶板最大下沉量控制在0.15m以下。

（4）通过对施工巷道进行喷浆施工，不仅加强了巷道支护强度，防止了煤体片帮抽顶现象，而且通过喷浆可在破碎煤体外表形成隔绝层，有效防止了煤体风化自燃现象。1216运巷喷浆后在后期掘进过程中，巷道内CO浓度控制在0.0003%以下，未出现过工作面瓦斯超限断电现象。