联合支护技术在巷道过断层带中的应用

王雁南

（山西煤炭进出口集团左云长春兴煤业有限公司， 山西 大同 037100）

1 长春兴煤矿307 回风顺槽概述

长春兴煤矿307 回风顺槽设计长度为1 970 m，巷道掘进煤层为22 号层，平均厚度为9.76 m，巷道净断面宽4 600 mm，高3 500 mm，为回风、运料、兼作行人巷。307 巷采用EBZ 型掘进机掘进，截止2019 年4 月巷道已掘进780 m，根据长春兴煤矿地质科提供资料显示，巷道掘进至792 m 处时揭露一条正断层F9，断层落差为1.5 m，倾角为48°，由于307 巷道掘进煤层厚度大，巷道掘进过程中预留顶煤厚度达5.0 m，巷道掘进期间受断层影响顶板稳定性差，极易破碎，当巷道掘进至775 m 处时顶板出现断层应力显现现象，导致巷道顶板破碎、片帮现象，随着巷道掘进延伸，应力对巷道围岩破坏加重，严重制约着巷道安全、高效掘进；针对这一技术难题，长春兴煤矿合理分析了原支护主要存在的弊端，并进行优化，采取“钢棚+注浆”联合支护技术[1-2]。

2 原巷道支护形式及存在弊端

2.1 传统支护形式

传统支护方式主要采用锚索联合支护方式，主要的支护设备有锚杆、锚索、钢带，锚杆长度为2.4 m，直径为22 mm，顶板支护具体布置参数如下：顶板每排布置6 根锚杆，锚杆间距为0.9 m，排距为1.0 m，每排锚杆外露端安装一根W 型钢带，钢带与巷帮垂直布置。

顶板每排布置3 根锚索，锚索布置在相邻两排钢带之间，锚索间距为1.5 m，排距为3.0 m，锚索长度为6.3 m，直径为17.8 mm，锚索外露端安装一根长度为0.6 m11 号工字钢梁。

2.2 存在的弊端

1）掘进工作面推进至780 m 处进入断层破碎带时，工作面在继续推进时发生顶板大面积破碎的情况，传统的支护已经无法满足支护要求，顶板的锚杆、锚索常常发生折断的情况。

2）之前的支护采用的棱形金属网的长宽分别为2.4 m、1.2 m，由于这种规格的金属网支护效果较差，很容易在顶板的较大压力下出现网兜。

3）原支护设计中锚杆长度有限，而断层下盘顶板三角煤柱的厚度较厚，锚杆的锚固端无法插入到坚硬的岩石层中，导致锚杆无法对煤壁起到悬吊效果；同时由于断层带的顶板压力较大，受采用影响及构造应力的作用下很难预留三角煤柱，为巷道正常的推进增加了难度。

3 联合支护技术应用分析

通过对巷道的实际地质条件分析，决定采用在断层带铺设工字钢棚，并对三角煤柱的破碎处进行注浆的方式对顶板进行支护。

3.1 铺设工字钢棚

1）工字钢棚的安装位置从距离断层带30 m 开始到通过断层带30 m 位置，按照工字钢棚1.0 m 的间距计算，共需安装50 架工字钢棚。

2）工字钢棚由以下部件组成：1 节棚梁、2 节棚腿、棚腿底座。棚梁与棚腿的长度分别为5.0 m、3.5 m，并用螺母将棚腿与底座进行紧固。

3）为了增加工字钢棚的稳定性，在铺设工字钢棚前需对底座的浮煤进行清理，并通过拉线将两个棚腿的底座继续固定，确保两个底座处于一个水平面。

4）棚腿、棚梁的安装要在底座安装完毕后进行，由于巷道的顶板较高，需要采用长度较长的棚腿，而棚腿较高又会导致工字钢棚的稳定性下降，需对棚腿施工固定锚杆将棚腿与巷帮进行有效固定。

5）棚腿与棚梁之间采用卡兰进行紧固，紧固完成后还要对螺母的预紧力进行检查，确保每个螺母的预紧力大于100 N·m。

6）工字钢棚安装完毕后采用长宽分别为1.2 m、0.3 m 水泥背板将顶梁与顶板的间隙、巷帮与棚腿的间隙进行填充，确保顶梁与顶板、巷帮与棚腿之间没有间隙且贴合严密。

3.2 注浆支护工艺

为了提高破碎顶板整体稳定性决定在顶板破碎位置施工注浆孔，并采用注浆泵将混合黏接剂注入到钻孔内，待混合液安全凝固后提高顶板的稳定性。具体的施工过程如下：

1）当工作间推进至断层破碎位置后，在距离顶板1.2 m 的位置并与顶板成10°的方向施工一排注浆钻孔，每排布置4 个，相邻钻孔的距离为1.2 m，巷帮两侧的钻孔与巷帮成60°，如图1 所示。

图1 307 回风顺槽过断层带联合支护断面示意图（未标单位：mm）

2）待全部钻孔施工完毕后，采用注浆泵将马丽散与催化剂按照相同比例合成的混合液注入到钻孔内，确保注浆期间泵压不得低于3.5 MPa。

3）当注浆孔附近的破碎顶板有黏接剂渗出时及时停钻并对钻孔进行封堵，等待3 h 后混合液全部凝固后方可继续掘进。

4）第二排施工注浆孔与第一排注浆孔的间距为3 m，按照相同的工艺进行施工，直至巷道完全过断层带[3-5]。

4 结语

截止目前307 回风顺槽已掘进到位，对307 回风顺槽过F9 断层区采取联合支护技术后，通过30 d现场观察发现，由于巷道掘进后8 d 范围内应力区围岩应力重新分配，围岩出现塑性变形现象，围岩变化量相对较大，主要表现在顶板出现下沉，下沉量为0.15 m，两帮收缩量为0.26 m，在8 d 后围岩趋于稳定，围岩变形量趋于零。

采取联合支护技术后巷道在过应力区期间未出现顶板破碎、煤壁片帮现象，提高了顶板承载能力及胶结稳定性，保证了顶板锚杆（索）支护效果，顶板锚杆失效率控制在3%以下。