人工假顶工艺在近距离过巷掘进的应用

耿新新

（霍州煤电集团吕梁山煤电有限公司方山店坪煤矿，山西 吕梁 033100）

1 概述

霍州煤电集团吕梁山煤电有限公司方山店坪煤矿2112巷位于830水平南翼，东为830回风巷、轨道巷、皮带巷，西至井田边界，南为实体煤，北与9-209回采面相邻（正在回采）。2112巷设计长度1157m，巷道设计断面规格为宽×高=4.8×3.0m。巷道掘进煤层为9#煤层，平均厚度为3.0m，煤层结构复杂，一般含夹矸2～3层，夹矸厚0.2～0.35m。巷道煤厚为2.8～3.1m，煤层倾角为1～10°。煤层顶板为砂质泥岩、细砂，底板为砂质泥岩。

2112巷从830皮带巷开口施工，以17°仰角上山掘进，巷道掘进30m后施工巷道过830轨道巷底板，两巷层间距1.7m，巷道继续掘进35m后揭露9#煤层顶底板，然后沿9#煤层顶底板平行掘进。为了保证2112巷过巷施工安全，合理分析了过巷施工存在的技术难题，提出人工假顶的方法对过巷段顶板进行维护。

2 过巷掘进施工技术难题

（1）层间岩体难以预留。由于2112过830轨道巷底板时，两巷层间距为1.7m，830轨道巷底板主要以炭质泥岩及煤层混合岩层为主，平均厚度为3.2m，岩体平均单轴抗压强度不足20MPa，岩体稳定性差，易破碎，无法形成稳定的承载梁，2112巷在掘进时受巷道开挖应力以及830轨道巷行车、行人震动影响，两巷层间距预留难度大，很容易发生顶板垮落事故。

（2）支护难度大。由于两巷层间距小，采用传统锚杆、锚索支护时很容易出现穿层现象，锚杆（索）无法进行稳定锚固，导致锚杆（索）锚固失效，起不到悬吊支护作用。若采用密集工字钢棚支护时，钢棚顶梁对不稳定顶板易产生切顶破坏，很容易导致顶板破碎、冒落。

（3）巷道掘进效率低。受两巷间不稳定岩体影响，2112过巷期间采用传统机械化掘进无法保证巷道施工安全，需采用分层松动爆破施工，单茬掘进进度为1.0m，从而严重制约了巷道掘进效率。

3 2112巷过巷期间支护技术

为了保证2112巷过巷施工安全，提高过巷段顶板稳定性，通过研究决定对过巷段施工人工复合假顶，并通过支设工字钢棚对复合顶板进行加固。

3.1 人工复合假顶施工

（1）当2112巷掘进至距830轨道巷5.0m处时巷道停止掘进，在830轨道巷的2112巷过巷段进行起底施工。起底规格为长×宽×深=6.0×4.5×1.7m，起底时采用松动爆破施工工艺，松动爆破炮孔深度为0.8m，每孔装药量为300g，采用正向装药方式，每次允许爆破炮孔数量为5个。

（2）830轨道巷起底后，在起底坑内依次铺设风带布、密集工字钢梁以及HDPE阻燃土工复合网。工字钢梁沿轨道巷走向布置，钢梁长度为6.0m，在钢梁两端各焊制一个直径为25mm圆孔，钢梁铺设后采用两根锚索将所有钢梁进行固定。起底处共计铺设40根钢梁。

（3）钢梁铺设完成后，在钢梁间隙处安装三排串拉锚杆，锚杆长度为1.6m，直径为22mm，每排3根，锚杆排距为2.0m，间距为1.5m。

（4）串拉锚杆安装后，对起底处进行混凝土浇筑，混凝土配比为水泥:沙子:石子=1:2:2。混凝土每浇筑厚度300mm铺设一层复合网，浇筑期间采用内燃混凝土单头震动泵进行震动，混凝土浇筑厚度为1.7m，浇筑后保证浇筑面与830轨道面平整。

（5）浇筑后，在每一根串拉锚杆外露端安装一根长度为0.6m工字钢梁，并采用锁具将其与浇筑面固定，人工复合假顶施工完成。如图1所示。

（6）830轨道巷起底浇筑后，2112巷开始继续掘进。在过巷掘进时将掘进机每循环割煤深度降低为1.0m，掘进后保证浇筑面完全揭露且作为2112巷过巷段顶板。为了加强人工假顶稳定性，2112巷过巷掘进完成后在过巷段架设工字钢棚进行加固，钢棚架设间距为1.0m，共计架设6架。

图1 人工复合假顶施工断面、平面示意图

3.2 人工复合假顶优点

（1）稳定性强。与传统薄煤层软岩顶板相比，人工假顶采用混凝土浇筑，抗载荷性强，能够满足上水平巷道运输、行人需要，提高了顶板稳定性，而且该人工假顶施工工艺可用于任何复杂地质条件下，实用性强。

（2）蠕变性小。由于2112巷过巷段人工假顶安装了多层HDPE阻燃土工复合网，该化学材料具有低延伸率、抗疲劳机老化性强、蠕变性小等优点，与浇筑混凝土具有较强的嵌锁力，保证了人工复合假顶长期处于稳定状态，避免了假顶出现变形、断裂、蠕变现象。

（3）降低了支护成本费用。人工假顶一次性成型，与传统支护工艺相比减少了顶板锚杆、锚索、注浆等支护，简化了顶板支护工艺，降低了支护成本费用，缩短了支护时间，提高了巷道掘进效率。

4 结语

针对2112巷掘进中要近距穿过830轨道巷底板，提出了人工复合假顶代替传统顶板支护的施工方案。实际应用发现，与传统预留薄煤岩层顶板相比，人工复合假顶稳定性高，解决了预留近距离煤岩层时，顶板支护难度大、稳定性差等技术难题，保证了巷道掘进安全，该施工工艺为类似巷道掘进提供了借鉴意义，取得了显著应用成效。