巷道构造应力破碎顶板支护优化应用

2021-04-08韩文盛

机械管理开发 2021年2期

韩文盛

（山西焦煤霍州煤电集团吕临能化有限公司庞庞塔煤矿, 山西吕梁 033200）

1 巷道概况

庞庞塔煤矿五采区回风上山Ⅱ段开口位于五采区回风上山Ⅰ段8 号导线点前12.25 m 处（巷道正中）。巷道按60°方位角开口，先沿30°上山掘进46.8m 见5 号煤顶板，之后沿5 号煤顶板掘进143.2m，再以15°方位角拐弯沿5 号煤顶板掘进96.7 m，之后以43°方位角沿5 号煤顶板掘进152 m（预计坡度16°上山），再平掘10 m，最后沿25°下山掘进46.1 m 到位，巷道设计长度为494.8 m。

巷道断面规格为宽×高=4.5 m×3.5 m，巷道掘进的5 号煤层平均厚度为5.9 m，平均倾角为4°，5号煤层节理发育，煤层结构复杂，煤层中部夹二层碳质泥岩，煤层厚度变化不大，属较稳定煤层，夹矸总厚度约为1.3 m，岩性多数为碳质泥岩、局部有少量泥岩，由于泥岩普氏硬度f=2，对回采影响不大。

回风上山Ⅱ段采用综合机械化掘进工艺，截止目前巷道已掘进370 m，距揭露F11 断层剩余25 m，F11 断层落差为2.4 m，倾角为65°为正断层，受断层影响巷道预计掘进至390 m 时进入受应力影响区，为了保证巷道掘进安全以及提高巷道掘进速度，巷道过F11 断层期间对掘进工艺及支护工艺进行优化[1]。

2 掘进支护工艺优化改进

2.1 掘进工艺优化

由于F11 断层落差大，而且煤层的下移程度比较严重，在没有稳定支护的前提下强行通过断层很容易造成施工难度大、工作量大及煤炭回收率低等技术难题，同时受采动及构造应力的影响，很容易出现顶板垮落的事故。通过现场观察研究，决定采用松动爆破的方式通过断层。

1）巷道从407 m 处开始进行探巷工作，每探巷30 m 后再掘进20 m，按照这样的规律一直将工作面推进至425 m 处后开始采用松动爆破。

2）回风上山Ⅱ段掘进揭露断层后，巷道保持留顶煤破底岩的方式向下掘进，工作面在推进期间避免出现空顶作业，对出现空顶的区域及时补打支护。

3）当巷道下山掘进25 m 后，且揭露F11 断层上盘岩石层后，及时调整掘巷道掘进角度，沿5 号煤层顶板继续掘进。

2.2 优化支护工艺

掘进工作面在推进至330 m 处后工作面保持留顶煤破底岩的方式向下掘进，在向下掘进时需对巷道顶板预留厚度为0～2.4 m 的三角煤柱，然而由于该煤层为石炭系煤层，煤质比较松软、破碎度较大且稳定性差，受采动影响、顶板压力及爆破震动的影响下很容易出现三角煤柱垮落的情况，一旦顶板垮落就会出现2.4 m 高冒区，这不仅会造成空顶处瓦斯的大量积聚，还会导致工作人员支护难度加大，因此必须采取有效的支护措施对三角煤质进行支护后才能继续掘进[2]。

1）为了维护下山巷道顶板的稳定，决定采用撞楔超前支护+永久支护的方式联合进行维护，撞楔支护由若干根长度为3.5 m，直径为30 mm 加长钢锚杆组成。

2）巷道掘进至407 m 处后，通过现场给线来确定向下掘进的顶板位置，并用手持式钻机在设计下山顶板位置施工10 个支护钻孔，钻孔的直径为35 mm，深度为3.5 m，并向下呈8°的夹角，相邻两个钻孔的距离为0.4 m。

3）将锚固剂、钢针依次放入钻孔内，并用钻机对钢针进行锚固，每个钢针的锚固时间最少为1 min，并保持钢针与巷道顶板平行，相邻两排超前支护排距为3.0 m。

4）顶板撞楔超前支护施工完成后，对工作面施工爆破钻孔，每排布置5 个，共计布置3 排，爆破孔间距为1.0 m，排距为1.2 m，每次允许爆破孔数为5 个。

5）爆破完成及时对顶板施工锚杆（索）永久支护，顶板每排布置5 根锚杆，锚杆间排距为1.0 m，锚杆施工后在锚杆外露端安装1 根长度为4.2 m 钢带，钢带安装撞楔超前支护下方，并进行预紧，如图1 所示[3-4]。