掘进巷道高冒区安全支护技术应用

王晓光

（山西焦煤霍州煤电集团吕梁山煤电有限公司方山店坪煤矿，山西 吕梁 033102）

巷道掘进期间过地质构造时，受构造应力影响，巷道围岩应力显现现象相对严重，导致围岩应力在巷道开挖空间进行释放。应力释放过程中对围岩产生一个张拉破坏作用，致使围岩裂隙带高度发育，随着裂隙延伸至锚杆（索）支护锚固端时，会造成锚杆（索）支护锚固失效现象，从而发生顶板冒漏事故。顶板冒漏后围岩极其破碎[1]，采用传统锚杆（索）支护效果差且支护难度大，而且冒漏后的顶板形成高冒区很容易造成瓦斯积聚，不利于巷道安全管理。以店坪煤矿3022巷为例，对巷道高冒区施工人工假顶并架设密集钢棚，达到围岩控制以及预防瓦斯积聚的目的。

1 概述

山西焦煤霍州煤电集团吕梁山煤电有限公司方山店坪煤矿3022巷位于900水平三采区中部。该工作面东与900 m水平皮带巷相通，西为实体煤，南与3012巷相邻，北为实体煤。工作面下部为5#煤层实体煤（3#煤与5#煤层间距为13～28 m）。

3022巷设计长度为1016 m，巷道断面规格为宽×高=4.8 m×2.6 m。巷道掘进煤层为3#煤层，煤体结构简单，预计工作面揭露煤层厚度为1.30～1.85 m，均厚1.53 m。工作面范围内煤层、煤体结构较稳定，含有0～1层夹矸，夹矸多为砂质泥岩。煤层倾角1°～4°下山，属于近水平煤层。煤层顶板为砂质泥岩，底板为砂质泥岩，顶底板岩性特征见表1。

表1 3#煤层顶底板岩性特征表

3022巷采用综合机械化回采工艺，已掘进450 m，巷道掘进至442 m处揭露F5正断层，断层落差为1.5 m，倾角为52°。受断层影响，巷道掘进至442～445 m段顶板出现冒漏现象，冒漏高度达1.7 m，冒漏区呈半球形状。由于冒漏区范围大、冒漏区围岩不稳定，采用传统锚杆（索）支护效果差，支护难度大。

2 冒漏区存在的问题

（1）原顶板中主要采用长度为2.5 m左旋无纵筋螺纹钢锚杆支护，每排5根，锚杆间距为1.1 m，排距为1.0 m，而冒漏区冒漏高度达1.7 m且呈半球形，采用锚杆对冒漏区支护时不仅施工难度大、支护效果差，而且冒漏区在进行密集锚杆支护时，受钻孔施工扰动破坏作用[2]，冒漏区很可能出现二次冒漏事故。

（2）原顶板中每排布置3根锚索，锚索间距为1.8 m，排距为3.0 m，锚索长度为6.0 m，直径为17.8 mm，而冒漏区施工锚索时需搭设工作盘，施工工序复杂，且施工安全系数低。

（3）初步设计中对冒漏区进行喷浆支护，而冒漏区内围岩胶结稳定性差，采用喷浆对冒漏区围岩进行处理可以控制冒漏区煤岩体氧化作用，防止煤层自燃，但是喷浆层厚度有限且韧性低，当冒漏区围岩出现蠕动变形时，喷浆层脱落，起不到有效的支护作用[3]。

（4）冒漏区仅采用锚杆（索）支护，而对冒漏区不进行封堵和填充，很容易造成冒漏区出现窝风现象，从而导致冒漏区出现瓦斯积聚现象，不利于巷道安全管理。

3 冒漏区联合控制技术

为了提高3022巷冒漏区顶板稳定性，解决传统支护主要存在的问题，决定对冒漏区采取“人工假顶+密集工字钢棚”联合控制技术，如图1。

3.1 人工假顶施工

（1）首先在巷道440 m施工第一架锚索吊棚，锚索吊棚长度为4.5 m，每架锚索吊棚由两根长度为5.0 m、直径为17.8 mm锚索以及一根长为4.5 m工字钢梁组成。锚索吊棚垂直巷道布置，锚索吊棚施工排距为2.0 m，共计施工4架锚索吊棚。

（2）所有锚索吊棚施工完后，在吊棚上方平铺5根长度为9.0 m工字钢梁。工字钢梁与吊棚垂直布置，钢梁布置间距为1.0 m，钢梁与钢棚之间采用卡缆固定进行预紧[4]，预紧力不低于250 N.m。

（3）钢梁固定后依次在钢梁上方铺设金属网、风筒布，并在其上方平铺一层道木。道木长为4.5 m，宽为0.3 m，第一层道木与钢梁垂直布置，且采用铅丝进行固定。

（4）第一层道木铺设完成依次铺设第二层、第三层道木，道木铺设成“井”字型布置，如图1所示。道木铺设到位后必须保证道木与冒漏区顶板接触严实，待所有道木铺设后采用张拉千斤对吊棚进行预紧。

（5）为了避免冒漏区施工人工假顶后假顶间隙处出现瓦斯积聚现象，假顶施工完后采用专用注浆泵对冒漏区注入罗克休填充剂。罗克休主要由A、B两种组分组成，配比为1:2，罗克休具有发泡率高、充填效果好、阻燃效果好等优点[5]。

3.2 架设矩形钢棚

为了提高人工假顶稳定性，避免冒漏区出现蠕动变形，导致假顶下沉、垮落等事故，决定在人工假顶处架设密集工字钢棚。

（1）传统矩形钢棚在应力区支护时，钢棚顶梁受应力作用很容易出现变形、断裂现象，在3022巷冒漏区架设的工字钢棚进行优化改进，采用π型钢棚。

（2）π型钢棚是在原矩形钢棚基础上对钢棚顶梁与棚腿之间安装了两道支撑钢梁，使得顶梁成“π”型。π型钢棚主要由棚腿、π型顶梁、卡缆、连接杆等部分组成。

（3）钢棚棚腿长度为2.8 m，棚腿顶底段各安置一个长度及宽度为0.3 m、厚度为8 mm钢板，钢板上焊制两个直径为25 mm圆孔。顶梁长度为4.5 m，顶梁主要由15#槽钢制成。

（4）π型钢棚从435 m开始架设，钢棚架设间距为1.0 m，钢棚架设时底座安装在坚硬底板上，必要时对底座进行浇筑。钢棚架设后对每一架钢棚棚腿采用锚杆与巷帮进行固定，相邻两架钢棚棚腿之间采用四组连接杆进行固定，钢棚顶板与假顶之间采用水泥背板进行填充。

4 结论

（1）对冒漏区顶板施工人工假顶以及注浆，实现了冒漏区顶板填充、封堵，保证了冒漏区围岩整体稳定性，人工假顶可对冒漏区蠕动变形围岩进行有效支护作用，控制围岩变形、下沉，有效防止冒漏区瓦斯积聚。

（2）与传统矩形钢棚相比，π型钢棚具有支护强度大、稳定性高等优点，适用于大应力围岩中。对3022巷冒漏区架设π型钢棚后，实现了主动与被动联合支护作用，避免了构造应力在冒漏区释放卸压造成人工假顶垮落现象，提高了冒漏区支护强度。