正帮矿11104 材料巷掘进工作面过断层时顶板支护技术研究

2020-11-13马艳龙

山西冶金 2020年5期

马艳龙

（山西汾西正帮煤业有限责任公司，山西孝义 032303）

山西是煤炭大省，煤炭资源分布广泛，各类地质条件的煤层均有赋存，且较稳定，但部分矿井随着开采年限的增加，稳定、较稳定的煤层逐渐减少，开始组织开采不稳定煤层，在不稳定煤层掘进过程中，经常会遇到断层等地质构造，这些地质构造会导致顶板破碎，支护困难，严重的时候会发生冒顶事故，会直接影响掘进速度，为提高巷道掘进效率，加固巷道围岩稳定性，研究掘进工作面遇到地质构造顶板支护技术是很有必要的，研究结果对以后的顶板管理工作具有一定的意义。

1 工程概况

山西汾西正帮煤业有限责任公司（全文简称正帮矿）11104 掘进工作面位于太原组10号+11号煤层，煤层平均厚度3.0 m，煤层走向东北，倾向西北，平均煤层倾角3°，煤层结构简单，节理发育。沿11号煤层顶板掘进，巷道矩形断面，净高4 m，净宽3 m，断面设计12 m2，主要用于11104 综采工作面回采期间出煤、进风、行人、运输等。

1.1 巷道顶底板情况（见表1）

表1 巷道顶底板情况

1.2 地质构造情况

11104掘进工作面设计长度924 m，在掘进过程中将遇到3 条正断层，2个陷落柱及1 条冲刷带，具体情况见表2。

表2 巷道地质构造明细

2 掘进方法及工艺流程

2.1 施工方法

施工时采用EBZ-160 掘进机掘进。掘进时煤（矸）运输方式以掘进机装载部自行装煤（碴）为主、人工攉煤（碴）辅助的方法装载，皮带机出碴的方式运输。使用风动锚杆机、风钻打锚杆、锚索进行支护。EBZ-160 型掘进机最大截割高度为4.8 m，最大截割宽度为5.0 m，11104 材料巷掘高为3.1 m，掘宽为4.2 m，可以一次截割成巷。

掘进时采用短掘短支的施工方法，每循环进尺为0.8 m。顶锚杆、锚索支护必须紧跟迎头，揭露围岩较好时，帮部最下2 根锚杆可滞后工作面4 排，围岩破碎时必须紧跟工作面。截割前首先检查工作面顶板是否完好，把顶、帮浮矸、活石处理完毕，确认无安全隐患后，方可启动掘进机进行掘进。掘一排支护一排。掘进机截割完一个循环，将工作面的掘进落煤清理干净并放到合适位置，进行工作面临时支护。临时支护工作完成后，观察顶板及周围围岩有无跨落现象，确认工作面安全时，方可进行锚杆、金属网和锚索永久支护，先顶后帮有顺序地进行。永久支护完成后，启动掘进机进行下一循环作业。

2.2 工艺流程

生产工艺流程：交接班安全检查→探放水→检查中腰线→掘进机截割、出煤、临时支护→核实中腰线→顶板支护→帮部支护→喷浆→清理工作面。具体生产设备启动流程：启动油泵电机→启动第二运输机→启动第一运输机→启动星轮→开水→开动截割头。

掘进机主要功能是截割煤（岩）和装碴。每次掘进巷道前，司机将掘进机调整到巷道前进方向的中间，并以激光确定位置，首先将掘进机滚筒开启，让其正常运转，再将掘进机滚筒调整到圆弧巷道的圆心位置，之后缓缓进刀。截入深度达到铺设钢筋网要求时开始自下向上、由左至右截割。圆弧部分截割完成后将滚筒缓缓收缩，进行拉底工作。上述工作结束后作为一个循环结束。

3 过断层顶板支护采取的措施

2019年12月16日8 点班，11104 工作面在正常掘进至610m时，经过地质构造预测预报信息及现场情况表明，前方10m范围即将遇到落差为3.6 m的F3 正断层。由于顶板破碎，不稳定，在作业过程中随时有可能发生顶板事故，为保证过断层期间的顶板安全，技术人员根据现场情况及以往经验，决定采用先注浆，等待顶板稳定后，对顶板打锚网索配合W钢带后在进行架棚联合支护方法进行顶板管理。

3.1 注浆支护

巷道掘进至610m距离断层5m处时，向顶板以45°夹角施工深度为3 m，间距为2m的钻孔进行注浆，为保证顶板稳定性，选择由汾西矿业生产的亨固-矿用高分子材料加固Ⅱ号，亨固-矿用高分子材料加固Ⅱ号与催化剂比例为1.1，采用高压注浆泵进行注浆作业，注浆压力为1.5 MPa 以上，当注浆过程中有浆液渗出时，表明浆液与顶板岩石结束，停止作业注浆结束，待顶板稳定后，对顶板进行打锚网索配合W 钢带支护，在组织掘进，掘进2.5m后在进行第二轮的注浆作业，按照这个顺序流程循环作业，直至巷道通过断层3～5 m。

3.2 锚网索配合W 钢带支护

1）顶锚杆采用Φ22 mm×2400 mm 左旋强度螺纹钢锚杆，配套规格为150 mm×150 mm×10 mm 采用高强锚杆螺母、可调心拱形高强度托盘配减磨垫片，承载能力不低于250 kN，每根锚杆使用1 支MSK2360、1 支MSZ2360 树脂药卷，锚杆间排距为800 mm×800 mm，每排布置6 根，锚杆杆体屈服强度500 MPa。锚杆预紧力矩≥300 N·M。

图1 亨固-矿用高分子材料加固Ⅱ号

2）帮锚杆采用Φ22 mm×2400 mm 左旋强度螺纹钢锚杆，配套规格为150 mm×150 mm×10 mm 采用高强锚杆螺母、可调心拱形高强度托盘配减磨垫片，承载能力不低于250 kN，每根锚杆使用1 支MSK2360、1 支MSZ2360 树脂药卷，距掘进顶板下300 mm 开始打设，锚杆间排距800 mm×800 mm，每排布置8 根。

3）锚索。锚索为Φ21.8 mm×6000 mm 高强度1×19 股低松弛强应力钢绞线，间排距1600 mm×2400 mm，每排2 根，托盘300 mm×300 mm×14 mm 调心拱形高强度托盘及配套锁具支护，承载能力不低于700 kN，每根锚索使用1 支MSK2360、2 支MSZ2360树脂药卷，锚索预紧力：≥200 kN，锚固力：≥356 kN。

4）金属网。采用六边型金属网，规格为900 mm×10400 mm 的六边形金属网，网与网之间搭接100 mm，每150 mm 联一道联网丝，三花型布置，联网丝采用16号铅丝，双股对折，至少拧三圈，保证联接紧固，联网时必须将联网丝扭结在网片的节点处。

5）托梁。顶部锚杆配套使用W×300-4.5×4.16 m型的W 型钢带作为托梁，钢带长4.16 m。帮部锚杆配套使用W×300-4.5×0.4m型的W 钢带托盘进行支护，规格：300 mm×400 mm×4.5 mm。

3.3 架棚加强支护

为使巷道顶板稳定、可靠，还需要在上述支护措施上加上工字钢棚对巷道进行加强支护，工字钢梁采用3m的11号钢[1]，架棚的高度为3.7 m，宽度分别为2.4 m，架棚间距设计为1 m，需要在棚子中间加设防倒连接杆，保证棚子的稳定性，架设完毕用棚板或者水泥背板将棚子与巷道两帮的空隙背实，棚板长度为1.2 m，宽度为0.3 m，11104 材料巷过断层架棚支护图见图1。