掘进工作面顶板控制技术在特殊地质条件下的应用研究

明根永

摘   要：瓦斯、水、火以及顶板事故等被称为煤矿中的五大灾害，其中顶板事故发生频率相对较高，严重威胁相关工程施工人员的生命财产安全，并为未来煤矿作业人员埋下巨大安全隐患。鉴于此，本文结合实际施工案例提出针对特大断面这种特殊地质条件的支护方案，以期对煤矿的安全生产、煤矿顶板施工起到有利参考，促使我国煤炭产业实现可持续发展。

关键词：特殊地质条件  特大断面巷道顶板支护  顶板控制技术  顶板工作面

现阶段，随着特殊地质掘进施工技术的不断发展，掘进工作相关的顶板控制技术水平得以快速进步，并主要融括：特近距离每层、薄基岩特殊条件、断层部分等多种类型的掘进工作面。上述工作实际开展过程中共同面临支护难度较高，安全隐患相对较多等等一系列问题。本文针对此类问题，充分探讨分析了特殊地质情况，即特大断面巷道的掘进工作面顶板管理控制。同时，充分结合巷道掘进工作面实际案例，从解决实际问题的角度提出锚、网以及钢带的联合性专业支护方案，有效提升了巷道顶板的稳定性，不仅从根本上提升了施工质量和施工安全质量，同时也从经济层面对成本节约起到良好效果。

1  特大断面巷道顶板支护基本情况分析

在现代科学技术不断发展、科学仪器设备不断更新换代的背景下，我国煤炭产业快速发展，高产量、高效率的工作面总体数量迅猛增长。和此类工作面匹配的主要是大断面或者特大断面，回采巷道数量也在不断提升，顶板支护的复杂程度、难度系数也在随之增加。

现阶段，我国厚煤层总体产量和储量，在众多国有重点煤矿当中，分别占据比例均超过45%。开采程度超过5m的超厚煤层生产矿井数量占比也超过了35%。在上述厚煤层条件相对普遍的情况下，回采巷道主要就是大断面煤巷，这些煤巷的顶板支护整体水平的优劣，将直接决定煤矿常规性开采的效率和质量，对煤矿相关企业的经济发展产生着重要影响。

2  基于特大断面的掘进工作面顶板控制技术在特殊地质条件下的应用研究

2.1 工程实际案例分析

A巷道掘进工作面受到断层影响相对严重，产状稳定性较低，岩层主要是较为松散的粉末状态。煤层倾角大约在19～22°之间，平均倾角大约为20.5°左右。工作面煤层最大厚度大约在5.15m，最小厚度约为4.45m，平均厚度约为4.685m。每层顶板岩层从上到下的顺序依次为，粗粒砂岩部分、断层角烁岩部分以及中粒砂岩部分。巷道断面基本为直墙半圆拱状，宽度在4250～4350mm之间，高度在3150～3200mm之间，墙高约为1650mm，净断面大约为9.5m2。

2.2 巷道顶板支护具体设计方案

以上述特大断面煤巷相关现场调查研究数据和情况为出发点，对具体方案进行科学化分析，提出锚、网、钢带的系统化联合支护方案，對巷道顶板进行有效支护，继而适应A工程当中煤巷地质结构，同时能够对巷道内部围岩形成有效优化改善效果，保障煤巷施工过程中的可靠性、稳定性和安全性。

（1）巷道顶板应用高强度预拉力锚杆，配合钢以及金属网的系统化联合性支护方法，在钢带、金属网以及锚杆锚力的复合型作用之下，顶板区域岩石逐渐形成一种不但具备较强自稳定性，又具有较强支撑能力的一体化刚性支撑体，也就是组合梁。同时，两帮能够当作稳定的支撑点，顶板压力由上述组合梁传送到巷道的两边纵深区域。

（2）巷道高低帮应用篱笆网、钢带、锚杆的双抗型联合性支护方法。在金属网的作用下，能够对锚杆之间煤矿体形成严密网兜，并且和钢带能够产生联合性作用，将全部锚杆实质性链接为一个整体，大幅提升巷壁抵抗侧面压力的水平。

2.3 具体施工方案

（1）巷道顶板选用六根全螺纹左旋钢高强度预拉力锚杆+4500mm长M5型号钢带以及孔径较小的金属网，实施联合性支护。锚杆长度为2400mm、直径为20mm，各个锚杆配有直径为28mm的钻孔，三段zk2500型号树脂药卷加大锚固。同时，锚杆和锚杆之间的距离以及行距分别为900mm和650mm。

（2）巷道低帮区域选用3个2000mm、直径20mm的螺纹左旋钢锚杆，以及2000mm长M5型号钢带和钢芭网，实施双抗型联合性支护。其中，锚杆和锚杆之间的距离以及行距分别为950mm和650mm。

（3）巷道高帮选用5个长度为2000mm、直径为20mm的螺纹左旋钢锚杆，以及长度为3500mm的M5型号钢带和钢芭网，进行双抗型联合性支护。锚杆和锚杆之间的距离以及行距分别为900mm和650mm，底角锚杆巷地板的方向带30°上下的角度，贴近顶板的锚杆需要顺着煤层倾角进行合理布置。

2.4 控制要点以及具体施工工艺

此特大断面巷道顶板支护工程施工方案的主要流程如下：巷道开挖——出煤——铺顶金属网和钢带压网——进行临时性支护——进行顶部施工、锚杆支护等工作——两帮挂钢芭网以及钢带压网和双抗网——两帮施工螺纹左旋钢锚杆支护。

（1）具体铺设网的要求：从顶板中间部位向两侧进行边铺，两侧网超过肩窝，帮部位网超过底角。同时，要求铺设网的过程中，要确保其接搭长度不得小于120mm，接扣和接扣之间的距离不得超过120mm，继而有效保障相关强度要求以及保封闭连接的达标。

（2）钻孔的相关质量标准：孔洞的垂直度需要保持在较高的水平，在进行钻杆接换的过程当中，需要保障钻孔设备位置不发生改变，并保持一条中心线;孔洞的深度需要尽量的准确，要求选用和锚杆长度相同的钻杆完成钻杆施工，同时误差需要控制在20mm以下;对孔壁进行严格清洁，确保孔壁上没有杂质，具体而言，在钻孔全部完工以后，需要对孔洞内部用清水进行反复性冲洗，直到内部没有煤岩粉为止。

（3）锚杆安装的相关质量要求：首先，施工设备必须全面满足搅拌工作的要求，选用气板机进而二次预紧，满足锚杆高强度预紧力的需求，有效确保达到锚杆要求的预紧力;其次，搅拌工作需要及时，以匀速搅拌的方式直到孔底，确保总体搅拌时间超过30s;再次，等待时间需要充足，确保50s以后树脂凝固可以实现一次上紧;第四，需要有专门人员对锚杆实施二次加扭。

（4）锚索安装的质量性需求：首先，锚索钻孔施工进行的实际过程当中，需要保障钻孔的直径要求、锚索直径和药卷直径的系统性、合理化匹配;其次，孔洞的深度需要适当;不能发生深度过大或者是过小的情况，确保钢绞线外露达到250mm以上;最后，钻孔的过程中必须确保钻机垂直，尽可能不要抖动晃动钻机设备，避免人为上的失误导致钻孔直径超过需求。

2.5 实施效果

经过长达60余天的现场观察，对该工程联合性支护方案实施后的情况进行数据观测。利用对巷道顶板位移、锚索受力等数据的分析结果可知，巷道顶板最大移动总量为50mm，最高移动速度为35mm，最高移动速度为3mm/d。

3  结语

综上所述，综合工程实际案例，主要就特大断面巷道特殊地质情况进行研究。在工程开展的过程中，应用了锚、网和钢带的联合性技术，作为巷道顶板支护施工方案，继而有效适应该工程项目的地质结构特点。

参考文献

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