富水性顶板条件下巷道安全施工及支护技术研究

宋东明

（山西焦煤霍州煤电公司方山店坪煤矿，山西 吕梁 033100）

1 掘进巷道概况

方山店坪煤矿9-2032工作面位于水源村的西边，店梁公路的北边，最低处于白家沟里，标高为+1115m。9-2032巷为回采巷，井下位于830水平北翼左翼，东与830轨道巷相通，西为井田边境，南与9-205工作面（未掘进）相邻，北与9-201工作面（未掘进）相邻，巷道毛宽4600mm，毛高2700mm，毛断面12.42m2。该巷按照地测科所标定的中线沿8#煤层顶板施工，主要担负着9-203回采工作面的进料、进风等任务。

8#煤层厚度2m，煤层硬度f为3～4，煤层层理中等发育，煤层顶底板情况见表1。根据830水平轨道巷及9-200工作面掘进资料和附近钻孔资料分析，该工作面地质构造较简单，在掘进过程中会有小断层、裂隙出现。工作面水文地质条件中等，水源主要为L1灰岩含水层水，灰岩水通过岩层裂隙或断层导水，掘进期间工作面正常涌水量为25m3/h，最大涌水量为60m3/h。

表1 煤层顶底板情况表

2 超前探水

9-2032巷采用EBZ-160型综掘机沿煤层顶板截割并自行装煤的施工方法掘进。由于岩体中含有原始结构面，为防止开挖期间顶板水涌入巷道，巷道掘进前，采取超前探水措施。

（1）探水设备。根据地质资料，该巷在掘进过程中水源主要为L1石灰岩含水层水，通过裂隙或断层导入工作面。巷道使用的探水钻机型号为：ZLJ-650。

（2）探孔设计。探孔呈扇形布置于煤层中，见图1。探水孔设计4个，一个中心眼，两个外斜眼，煤层顶板施工一个孔，编号为1#、2#、3#、4#。1#、2#、3#探水孔布置间距为1.0m，距底板1.3m处，方位为270°、255°、285°，倾角考虑与煤层倾角一致，超前钻探距离为120m，允许掘进90m，留设30m超前距；4#孔位于煤层顶板上，距顶板0.5m处，方位90°，倾角6°，斜距为121m。观测探孔无异常后，由地测科下发允许掘进通知单后，方可掘进，掘进90m，停止掘进，组织探水，探水施工工序同上。

图1 探水钻孔的主要参数示意图

（3）探孔技术要求。探放水终孔孔径一般不得大于75mm，超前水平钻距不得小于30m，止水套管长度不得小于10m。帮距是指最外侧斜孔所控制的范围，应与超前距相同为30m，由探水队负责操作，队组配合进行探放水。探巷期间，若钻孔有水流出，不准将钻杆拔出，用木楔将钻杆与探眼背紧，停止工作，撤出人员，立即汇报调度室。探巷期间及掘进时，发现煤岩松软、片帮、来压或钻孔中的水压、水量突然增大，以及有顶钻等异状时，必须停止钻进，但不得拔出钻杆，现场负责人员应立即向矿调度室报告，并派人监测水情。如果发现情况危急时，必须立即撤出所有受水威胁地区的人员，然后采取措施，进行处理。

3 支护设计

3.1 顶板支护

（1）顶锚杆长度的确定

根据加固拱原理设计锚杆长度如下：

式中：

L-锚杆长度，mm；

N-围岩影响系数，取1.1；

W-巷道跨度，取4600mm；

该巷顶锚杆长度选择2m。

（2）锚杆间、排距的确定

式中：

d-锚杆间、排距，mm；

L-锚杆长度，mm。

则：d≤0.7×2000=1400mm。

考虑到工作面实际情况，巷道净宽4400mm，其间距取1400mm，排距取1200mm。

（3）锚杆直径的确定

因此取锚杆直径20mm。

综上所述，顶锚杆选择Φ20×2000mm的高强锚杆，间距1400mm，排距1200mm。

考虑到巷道顶板有含水层，根据相邻巷道的矿压观察数据及支护经验，顶板采用高强锚网梁+锚索联合支护方案，见图2。锚索在巷道正中布置一根，直径为Φ15mm，长度为7000mm，排距为4800mm。过构造或顶板破碎时，采用高强锚网梁+锚索复合支护，锚杆排距缩小为1000mm，锚索排距缩小为3600mm。

3.2 巷帮锚杆参数

（1）锚杆长度的确定

巷道两帮潜在松塌区宽度L1：

式中：

h-巷道掘进高度，取毛高2700mm；

φ-煤层内摩擦角，煤层硬度系数f=3，φ=arctanf=71.56°。

锚杆长度：L=L1+L2+L3=438+330+30=798mm。

式中：

L2-帮锚杆伸出潜在松塌区的额定锚固长度，取330mm；

L3-帮锚杆外露长度，取30mm。

根据理论分析及实际抽取样品检查情况，决定帮部上部两根锚杆长度取 1600mm。

结合现场经验，锚杆长度选取1500mm圆钢麻花杆体锚杆，并选用CK3633型树脂锚固剂一条进行锚固。

（2）锚杆直径

因此该巷帮锚杆直径取16mm。

（3）锚杆间、排距的确定

则：d≤0.7×1600=1120mm。

选择Φ16mm×1600mm的圆钢麻花杆体锚杆，采用“三、三”布置，间距均取1050mm，排距取1200mm，最上一根帮锚杆距顶板取200mm。

图2 巷道支护断面示意图

4 结论

9-200工作面掘进工程实践表明，巷道掘进前的超前探水方案保证了掘进安全，采用高强锚网梁+锚索复合支护的巷道，有效控制了顶板下沉量，综掘工艺减轻了开挖对巷道围岩整体性的破坏，整个掘进期间巷道无突水现象，该技术方案对类似地质巷道掘进具有较好的参考价值。