联合支护技术在巷道破碎围岩中的应用

曹 智

（晋能控股煤业集团掌石沟煤矿，山西 晋城 048400）

1 掌石沟煤矿15202运输顺槽概述

1.1 巷道四邻关系

晋能控股煤业集团掌石沟煤矿15202运输顺槽位于井田15号煤二采区南部，北部为设计布置15202回采工作面，与15202回风顺槽相距108.6 m（中至中）；西部连接二采区南回风巷、南运输巷；东部为井田实体煤；南部为井田边界设计保安煤柱。

1.2 掘进煤层情况

15202运输顺槽开口位置位于二采区南运输巷导线点NY5点前33.6 m，开口标高为+884.5 m，断面为矩形，掘进工程量800 m，预计坡度0°～4°，中线距左帮2.4 m、右帮2.4 m，施工方位角90°00′00″，沿煤层顶板掘进。巷道掘进断面规格为宽×高=4.2 m×4.1 m，掘进煤层为15号煤层，平均厚度3.85 m，平均倾角为3°，煤层为黑色，条痕褐黑色，似金属光泽，中至宽条带状结构，断口贝壳状、阶梯状，内生裂隙发育，层状构造。以亮煤为主，暗煤次之，夹镜煤条带。含星散状黄铁矿及黄铁矿结核，镜煤呈条带状。属半亮型至半暗型煤，煤层内含1～2层夹矸，夹矸厚度0～0.8 m，（相对）密度为1.50 t/m3，煤层顶底板岩性如表1所示。

2 巷道掘进现状

2.1 巷道掘进工艺

15202运输顺槽采用综合机械化掘进工艺，巷道采用EBZ260型掘进，掘进机单茬掘进深度为1.0 m，采用螺旋滚筒破煤，采煤机尾部安装一部转载机，转载机长度为16 m，转载机与SSJ-800型带式输送机连接，从而将工作面内煤矸运输出去，截至目前15202运输顺槽已掘进420 m。

表1 15号煤层顶底板岩性

2.2 巷道支护工艺

根据本矿同煤层巷道围岩性质，相邻巷道探顶孔的矿压观测资料、支护形式，确定15202运输顺槽支护形式为：锚杆＋锚索＋网联合支护[1-2]。

1）锚杆：采用左旋无纵筋螺纹钢锚杆，钢材编号为MG335，直径20 mm，长度2 200 mm、2 400 mm两种，间排距1 000～1 200 mm，配套150 mm×150 mm×10 mm拱形托盘加高强托板调心球垫。

2）锚索：七股钢绞线，直径17.8 mm，长度6 300 mm，抗拉强度1 860 MPa，间排距选取1 600、2 400 mm，配套300 mm×300 mm×16 mm的穹形多功能钢板托板加强度相匹配锚具。

2.3 掘进现状

15202运输顺槽掘进至417 m处揭露一条F5正断层，断层落差为1.7 m，倾角为67°，当巷道掘进至410 m处时巷道精度F5断层影响区，巷道在410～415 m段围岩出现破碎现象，顶板出现局部断裂、下沉，当巷道揭露断层后顶板破碎严重，顶板下沉量达0.42 m，巷道迎头煤壁片帮严重，导致巷道空顶距达1.8 m，严重威胁着巷道安全掘进。

3 应力区联合支护技术应用

为了进一步提高应力区围岩整体稳定性，防止因F5断层影响导致巷道围岩破碎、垮落现象，决定对应力区围岩支护进行优化，提出了“超前注浆+锚索梯形梁棚+桁架锚杆”支护方案。

3.1 超前注浆

由于受断层影响，断层附近处煤岩体成硅化现象。煤岩体抗压强度降低，岩体破碎严重，所以可通过注浆对该区域煤岩体进行加固，实现二次重组。

1）首先采用钻机在掘进巷道迎头施工一排注浆钻孔，每排布置3个钻孔，钻孔深度为5.0 m、直径为45 mm，钻孔开口位置距顶板间距为1.5 m，钻孔布置间距为1.5 m，所有钻孔以20°仰角布置，其中中间钻孔水平角为0°，两帮钻孔水平角为30°。

2）所有注浆钻孔施工完后，对钻孔内插入直径为25 mm风管进行吹风，将钻孔内煤屑清理干净保证注浆效果，将钻孔内煤屑清理干净后在钻孔内埋入一根注浆软管，直径为20 mm。

3）注浆软管安装后在孔口处采用封孔器进行封堵，封堵长度为0.5 m，将注浆软管另一端与注浆枪连接，注浆枪与专用双液注浆泵进行连接，注浆液采用马丽散与催化剂混合液。

3.2 锚索梯形梁棚支护

由于传统的钢带支护时存在支护截面积小、支护强度低等技术难题，决定对15202运输顺槽断层应力区顶板施工锚索梯形梁棚支护。

1）15202运输顺槽施工锚索梯形梁棚主要由梯形梁、锚索两部分组成，梯形梁长度为4.0 m，梯形梁宽度为0.5 m，每架梯形梁由5根长度为4.0 m，直径为25 mm圆钢以及三组夹板构成，每根圆钢布置间距为0.1 m。

2）在梯形梁上焊制三块长度为0.5 m，宽度为0.3 m，厚度为5 mm钢托板，托板上焊制一个直径为30 mm锚索支护孔，钢托板之间距离为1.8 m；锚索长度为6.3 m，直径为21.8 mm。

3）锚索梯形梁棚施工在相邻两排钢带之间间隙顶板上，梯形梁棚布置间距为2.0 m，巷道从420 m处开始施工锚索梁棚直至完全过断层应力区。

3.3 桁架锚杆支护

为了降低顶板应力破坏作用，提高锚杆（索）支护效果，决定对顶板施工桁架锚杆支护[3-5]。

1）桁架锚杆长度为2.5 m，直径为30 mm玻璃钢锚杆，桁架拉杆采用长度为1.2 m，直径为25 mm玻璃钢圆杆，拉杆两端各安装一个长度及宽度为0.1 m钢方板，钢方板上焊制一个直接为40 mm圆孔。张拉器长度为0.5 m，采用双向张拉结构，最大张拉力为280 kN。

2）桁架锚杆支护施工排距为2.0 m，与锚索梯形梁棚支护交错布置，如图1所示，首先采用气动锚索钻机在顶板施工两个锚杆支护孔，支护孔间距为2.0 m，支护孔深度为2.2 m，支护孔与顶板布置斜角为75°，且两个孔对称布置。

图1 15202运输顺槽断层应力区顶板支护平面示意图（单位：mm）

3）每根桁架锚杆采用两支锚固剂进行锚固，锚固长度为0.9 m，锚固力为210 kN，锚杆锚固后在锚杆外露端安装圆钢拉杆，拉杆另一端安装张拉器，并对其进行张拉[6-9]。

4 结论

截至2021年2月11日，15202运输顺槽已掘进至460 m处，巷道已掘进至460 m处，且已完全过F5断层应力影响区，通过对应力区采取“超前注浆+锚索梯形梁棚+桁架锚杆”联合支护技术后，取得了显著应用成效。

1）采取注浆加固后对断层裂隙带岩体进行加固重组，提高了岩体整体抗压强度及稳定性，通过浆液可对裂隙带进行填充，防止岩体裂隙范围进一步扩大。

2）通过对巷道顶板施工锚索梯形梁棚后，增加了支护截面积，控制了顶板破碎现象，增强了顶板支护效果。

3）对巷道应力区采取桁架锚杆支护后，削弱了顶板应力破坏作用，提高了原顶板锚杆（索）支护强度。