掘进巷道冒落区支护技术应用

刘彦明

（山西潞安化工集团高河能源有限公司，山西 长治 047100）

1 西回风大巷概述

山西潞安矿业集团高河能源有限公司西回风大巷位于井田西翼，巷道设计长度为1 700 m，巷道设计断面规格为宽×高=4.5 m×3.5 m，巷道掘进煤层为3 号煤层，平均厚度为7.1 m，全煤间有一层炭质泥岩夹矸，厚度为0.10～0.6 m，平均厚0.40 m。3 号煤层顶底板岩性如表1 所示。

表1 3 号煤层顶底板岩性汇总表

西回风大巷主要采用综合机械化掘进工艺，巷道顶板采用锚杆（索）+W 型钢带联合支护，护帮采用单锚杆支护，截至目前巷道已掘进460 m。巷道掘进至452 m 处时揭露一条正断层，断层落差为1.8 m，倾角为54°。受断层影响，巷道掘进至454 m 处顶板出现冒落现象，冒落最大高度为2.4 m，冒落区成半圆状，高冒区沿巷道走向长度为4.5 m，冒落区内围岩破碎严重，且随着巷道掘进延伸，冒落区范围不断扩大。

2 冒落区原支护设计及问题分析

2.1 冒落区原支护设计

西回风大巷原顶板采用“锚杆+锚索+W 型钢带+金属网”联合支护方式，具体支护参数如下：

1）顶板锚杆布置。顶板每排布置5 根锚杆，锚杆长度为2.5 m，直径为22 mm，锚杆布置间距为1.0 m，布置排距为1.0 m，锚杆垂直于顶板布置，每根锚杆采用两根锚固剂进行锚固。

2）顶板钢带。顶板采用的W 型钢带长度为4.2 m，宽度为0.28 m，厚度为4 mm，钢带上焊制5 个直径为30 mm 的圆孔，钢带安装在同一排锚杆外露端，钢带安装后与顶板接触严实。

3）顶板锚索。顶板锚索长度为5.6 m，直径为17.8 mm，每排布置3 根锚索，锚索布置排距为3.0 m，布置间距为1.8 m，每根锚索采用3 支锚固剂进行锚固，锚索外露端安装一块钢方板。

4）金属网。顶板采用金属网规格为长×宽=6.2 m×1.2 m，网格规格为长×宽=50 mm×50 mm，锚杆安装后在锚杆与钢带之间安装金属网，相邻两片金属网的搭接宽度不低于0.2 m。

2.2 原顶板支护主要存在的问题

原顶板锚杆（索）支护可对稳定围岩进行有效支护，但是对于冒落区顶板采用该支护则存在一些问题，主要表现在以下几方面：

1）支护施工效率低。由于西回风巷顶板出现冒落后，冒落高度达2.1 m，而传统钻机最大伸缩行程为2.5 m，在冒落区下方进行锚杆索支护时施工难度大、效率低。

2）支护效果差。冒落区顶板岩体稳定性差、破碎严重，采用传统锚杆（索）以及W 型钢带支护时，支护体锚固效果差，且钢带刚性强，处于顶板高冒区的钢带与顶板无法严实接触，达不到预期支护效果。

3）易出现瓦斯积聚现象。高冒区仅采用锚杆、锚索支护，未对高冒区顶板进行封堵，很容易造成高冒区出现瓦斯积聚现象，不利于巷道安全快速掘进。

3 冒漏区联合支护技术

为了解决传统支护在巷道高冒区应用中存在的技术难题，提高高冒区顶板整体稳定性，决定在高冒区处采取“组合锚索+人工假顶”联合支护技术。

3.1 组合锚索施工

1）组合锚索相较于传统单锚索支护，具有支护强度大、对不稳定围岩支护效果好等优点。高冒区施工的组合锚索主要由高应力钢板、锚索等部分组成，钢板长度及宽度均为0.6 m，在钢托板上均匀布置3个直径为25 mm 的支护孔；每组组合锚索配套3 根恒阻锚索，锚索长度为8.0 m，直径为21.8 mm。

2）在距高冒区1.0 m 处的顶板上，前后各施工两组组合锚索，组合锚索布置间距为1.8 m；用MT-130 型钻机在顶板施工一个锚索钻孔，钻孔深度为8.0 m，第一个锚索钻孔施工完后安装一根恒阻锚索，锚索采用3 支锚固剂进行锚固。

3）在组合锚索的第一根锚索安装后，对应安装组合锚索托板，并采用喷漆对其它两个锚索孔进行标记，标记后再取下，然后采用钻机依次施工其它两个锚索钻孔，并安装锚索；待同一组组合锚索全部安装后，及时安装组合托板，并采用锁具进行预紧。

3.2 人工假顶施工

1）在巷道高冒区施工3 架锚索吊棚，锚索吊棚主要由1 根长度为4.2 m 的工字钢梁以及2 根长度为3.5 m 的锚索组成。锚索吊棚布置间距为2.5 m，第一架锚索吊棚施工在距高冒区0.5 m 处，锚索吊棚施工完后，要保证吊棚与巷道顶板齐平。

2）3 架锚索吊棚施工完后，在3 架吊棚上方铺设一层金属网，金属网与吊棚之间采用14 号铅丝进行捆绑，并在金属网上方铺设一层风筒布。

3）待金属网及风筒布铺设完成后，在其上方架设方木垛，木垛采用长度为3.5 m，宽度为0.2 m 的道木搭设而成，木垛搭设时呈“井”字型布置，木垛搭接到位后需保证与顶板接触严实，如图1 所示。

图1 西回风大巷人工假顶施工平剖面示意图

4）木垛架设完成后，采用高压注浆泵对假顶上方间隙处进行填充，填充材料为罗克休高效膨胀剂，该化学材料具有填充效果好、阻燃性能强等优点。

4 支护效果

截至目前，西回风大巷已掘进600 m，对巷道高冒区顶板采取联合支护措施后，通过在后期的巷道掘进过程中对高冒区顶板监测发现，在人工假顶施工后7 d 范围内，受顶板蠕动变形影响，顶板下沉量为0.11 m，在7～12 d 范围内顶板蠕动变形逐渐减弱，顶板下沉量为0.13 m，在12 d 后顶板区域稳定。采用联合控制技术后，冒落区破碎顶板得到了有效控制，取得了显著应用成效。