掘进巷道过空巷支护技术应用分析

卫 伟

（山西煤炭运销集团科学技术研究有限公司，山西 太原 030006）

1 工程概况

山西煤炭运销集团四侯煤矿3105 回风顺槽位于井田北部，东侧为3103 采空区，西侧为3107 回风顺槽（保安煤柱宽度为25 m），北侧为矿井边界保护煤柱，南为一采区三条大巷。

3105 回风顺槽设计长度为650 m，巷道断面规格为宽×高=4.5 m×3.7 m，巷道掘进煤层为3#煤层，平均厚度为3.7 m，3105 回风顺槽采用机械化掘进工艺，截至目前巷道已掘进490 m。根据钻探可知3105 回风顺槽掘进至505 m 处将揭露一条空巷，空巷与回风顺槽夹角为85°，揭露空巷宽度为4.0 m，高2.5 m 左右，空巷沿煤层顶板布置，巷道内无支护，局部有木点柱，局部顶板冒落高度约0.5～1 m 左右。

由于3105 回风顺槽揭露的空巷年久失修，直接采用掘进机掘进与空巷贯通，很容易出现空巷受力垮落。研究决定采用松动爆破施工工艺，并对空巷顶板采取合理有效的支护。

2 过空巷掘进工艺

（1）3105 回风顺槽掘进至495 m 处时停止全断面机械化掘进，将巷道迎头顶板、巷帮支护全部施工到位，顶板每排施工两组组合锚索进行加强支护，组合锚索排距为2.0 m，间距为3.0 m。

（2）巷道掘进至495 m 处时采用松动爆破施工工艺，每排施工5 个松动爆破孔，共计四排，孔深为1.0 m，单孔装药量为0.3 kg，单茬掘进深度在0.5～1.0 m 范围内。

（3）当巷道掘进至500 m 处时，每班必须超前探巷施工，实时掌握巷道与空巷实际准确距离，并严格控制掘进深度在0.5 m 范围内，同时在掘进期间对顶板施工一排超前锚杆支护，加强顶板控制维护。

（4）当巷道掘进至502 m 处且明确与空巷准确距离后，巷道停止掘进，在工作面迎头后10 m处向3107 回风顺槽施工一个排瓦斯专用联络巷，联络巷断面规格为宽×高=3.0 m×3.7 m。联络巷施工完后在工作面迎头后15 m 处施工一个临时控风调节设施。

（5）由于空巷高度为2.5 m，且沿3#煤层顶板布置，3105 回风顺槽在与空巷贯通时上部揭露空巷，前期准备工作完成后，巷道掘进距空巷1.5 m 时采用人工从巷道中部向空巷进行掘进贯通。

（6）巷道贯通后，撤出3107 回风顺槽、3105回风顺槽下风口所有作业人员，及时将风筒延伸至空巷内进行排瓦斯。在排瓦斯期间由专职的救护大队人员随时检查空巷内有害气体浓度，当空巷内有害气体浓度低于设计值时，其他人员方可进入工作面继续施工。

（7）巷道与空巷贯通后，及时在贯通口处施工两根长度为4.2 m 工字锚索钢棚，在贯通口处施工两组组合锚索进行加强支护。为了防止空巷支护期间出现瓦斯超限现象，在空巷两侧各施工一面挡风墙，墙体高度为3.7 m，宽度为0.8 m，如图1。

图1 3105 回风顺槽过空巷段平面支护示意图

3 空巷顶板支护

为了保证巷道过空巷施工安全，保证空巷顶板整体稳定性，决定对空巷顶板采取“注浆锚杆+梯形梁索棚+U29 型钢棚”联合支护技术。

3.1 注浆锚杆支护

（1）支护目的。通过对空巷顶板施工深度为4.0 m 窥视钻孔并采用CXK6 型窥视仪观察发现，在0～1.8 m 范围内顶板破碎严重，顶板承载梁断裂且失去承载能力；在1.8～3.2 m范围内顶板裂隙发育，出现局部破碎现象；在3.2 m 以上顶板相对完好。所以为了提高空巷0～3.2 m范围内顶板整体稳定性，避免支护扰动破坏，简化施工工艺，决定采用注浆锚杆支护。

（2）支护设备。注浆锚杆主要由长度为3.5 m、直径为30 mm 中空高锰钢焊制而成，锚杆中部孔径为14 mm。在锚杆0.8～2.0 m 范围杆体两侧均匀焊制一排直径为8 mm 圆孔，并与中部孔串通，孔间距为0.3 m，每排4 个。采用2ZBQ50/4 型气动注浆泵，最大泵压4 MPa，最大注浆流量50 min/L，供气压力为0.2～0.63 MPa。

（3）注浆锚杆施工工艺：① 空巷顶板每排施工5 根注浆锚杆，空巷段共计施工5 排注浆锚杆，锚杆间排距为1.0 m，每根注浆锚杆采用两支锚固剂进行锚固，所有注浆锚杆垂直顶板布置，锚杆外露长度40 mm；② 同一排注浆锚杆施工完后，采用2ZBQ50/4 型气动注浆泵对锚杆进行注浆施工，注浆液采用聚氨酯化学材料，单杆注浆量15 kg，注浆压力为1.2 MPa；③ 注浆完成后在锚杆外露端安装一根长度为4.2 m、宽度为0.32 m 的W 型钢带，并采用螺母进行预紧。

3.2 让压梯形梁索棚施工

为了保证空巷直接顶稳定性，加大锚索对顶板支护截面积，决定对空巷顶板施工两排梯形梁索棚。

（1）梯形梁索棚主要由梯形梁、恒阻锚索、高应力让压弹簧等部分组成。梯形梁长度为4.0 m，宽度为0.6 m，梯形梁主要由10 根直径为15 mm 圆杆焊制而成。每架梯形梁索棚配套三根恒阻锚索，长度为6.0 m，直径为21.8 mm。高预应力让压弹簧屈服压力为455 MPa，最大允许变形量为0.3 m。

（2）空顶处共计施工两排梯形梁索棚，排距为2.0 m，施工在两根W 型钢带之间，如图1。施工工艺如下：施工支护钻孔（孔深5.8 m）→锚注锚索→安装让压弹簧、梯形梁、锁具→预紧（预紧力为370 kN）。

3.3 架设U29 型钢棚

空巷顶板主动支护施工完后，决定在空巷段安装一排密集U29 型矩形工字钢棚进行加强支护。

（1）U29 型矩形工字钢棚主要由U29 型棚腿和顶梁组成。每节U29 型棚腿长度为3.7 m，棚腿顶底部各焊制一个宽度为0.3 m、厚度为8 mm 钢板，钢板四个角各焊制四个直径为20 mm 圆孔。顶梁主要为长度为4.2 m、宽度为11 mm 工字钢梁。

（2）第一架U29 型矩形工字钢棚架设在3105回风顺槽与空巷贯通口处。首先安装U29 型棚腿，棚腿安装时采用四根长度为1.2 m、直径为18 mm地锚与底板进行固定。两根棚腿安装后将顶梁与棚腿之间采用U 型卡缆进行固定。

（3）U29 型矩形工字钢棚架设间距为1.0 m，共计架设5 架钢棚。钢棚架设后在所有钢棚顶梁上方铺设5 根长度为4.0 m 工字钢梁。

4 结 语

通过对空巷顶板采取联合支护设计后，3105 回风顺槽在过空巷期间未发生顶板破碎、冒落现象，取得了较好效果。

（1）通过对顶板施工注浆锚杆，解决了传统锚杆长度不足、支护效果差等难题，与传统锚杆、注浆支护相比，简化了支护工艺，缩短了支护时间，避免了不稳定顶板密集钻孔施工时产生的扰动破坏。

（2）对顶板施工让压梯形梁索棚，不仅增加了锚索对顶板支护横截面积，而且通过安装让压件，提高了锚索对顶板蠕动变形的适应性，实现了锚索与顶板耦合均让压支护作用。

（3）对空巷顶板安装密集工字钢棚，提高了顶板承载能力，降低了锚杆（索）支护在应力作用下产生的剪切破坏作用，提高了锚杆（索）支护质量，降低了支护失效现象。