掘进巷道应力区围岩安全支护技术

师江涛

（晋能控股集团晋圣坡底煤业有限公司，山西 晋城 048000）

1 3107 回风顺槽概况

晋能控股集团晋圣坡底煤业有限公司3107 回风顺槽北部为实体煤，南部为3105 工作面运输顺槽（已掘），东部为实体煤，西部为3106 工作面。

3107 回风顺槽沿煤层顶板掘进至371.32 m 后调整为沿煤层底板掘进，施工区域内3 号煤层厚度6.16m，倾角0°～25°，盖山厚度73～172 m（根据地面标高和井下标高计算）。3 号煤层呈灰黑至黑色，似金属光泽，半亮型煤为主，阶梯状、贝壳状断口，内生裂隙较发育，性脆易碎，块状，层状构造。煤层视密度1.45 t/m3；3 号煤层岩样单轴抗压强度为单轴抗压强度12.0～16.0 MPa，平均为13.5 MPa；饱和单轴抗压强度6.0～7.6 MPa，平均为6.7 MPa，属软岩类；软化系数0.50，泊松比0.50，普氏硬度系数为1.3，煤层顶底板岩性如表1 所示。

表1 3107 回风顺槽掘进的3 号煤层顶底板岩性

3107 回风顺槽在0～371 m 段为矩形断面，巷道断面规格宽×高=3.8×2.5 m，采用锚网索+钢筋托梁进行支护。在371～721 m 段为梯形断面，高度为2.5 m，上宽为3.4 m、下宽为4.8 m，采用锚杆（索）联合支护；巷道采用综合机械化掘进工艺，截至2022 年3 月18 日巷道已掘进470 m[1-2]。

3107回风顺槽掘进至450 m 处时巷道顶板及进向左帮开始出现破碎现象，当巷道掘进至460 m 处时左侧巷帮上部出现大面积垮落，最大垮落长度为13 m，深度为1.5 m，垮落后对垮落区巷帮采取单锚杆、金属网进行补强支护，对顶板空顶区采取单锚索支护；当巷道掘进至470 m 处时巷帮垮落深度达1.9 m，顶板出现断裂、破碎，巷道被迫停止施工。

2 巷道原永久支护及临时支护

2.1 永久支护

1）锚杆：停采线外及停采线里煤柱侧采用MG400/20×2000 mm 左旋无纵肋螺纹钢锚杆；锚杆间排距为800 mm、800 mm；采用150 mm×150 mm×10 mm 拱形高强度托盘。

2）锚索：高强度、低松弛、大延伸率SKP21.8-1/1860/8300mm的1×19 结构的钢绞线锚索，型号Φ21.8mm×8300 mm，沿巷道中心线左右对称布置2 根，间距和间排距均为1600 mm。在顶板破碎区域，根据现场情况补打锚索或缩小锚索间排距补强支护。

3）钢筋托梁：顶帮架设钢筋托梁，采用Φ14 mm钢筋制作，外宽70 mm，顶梁长度3500 mm，5 孔布置；帮梁长度1900 mm，3 孔布置[3-4]。

2.2 临时支护

1）巷道掘进期间采用丝杠式前探梁超前支护，该装置主要由吊环、丝杠、纵梁、横梁等部分组成，如图1 所示。

图1 丝杠式前探梁超前支护示意图（单位：mm）

2）支护时现将3 组吊环安装在掘迎头3 排钢带下方，然后在吊环上插入3 根横梁，横梁上安装丝杠，将4 根纵梁沿巷道走向铺设在横梁上方，拧动丝杠使纵梁与顶板接触严实，从而达到超前支护目的。

3 应力区围岩安全加强支护技术

3.1 注浆支护

1）为了提高巷帮围岩整体稳定性，决定对巷帮垮落区施工注浆钻孔进行注浆加固，每排施工两个注浆孔（钻孔编号为1 号、2 号），其中1 号注浆孔布置在距顶板1.0 m，距左侧巷帮0.5 m 处；2 号钻孔布置在顶板与巷帮之间的肩角煤柱上，如图1 所示。

2）注浆钻孔深度为3.0 m，直径为42 mm，其中1号钻孔布置仰角为30°，2 号钻孔布置仰角为45°，钻孔布置排距为3.0 m，钻孔施工完后对钻孔内安装注浆软管并采用膨胀水泥进行封孔处理[5-6]。

3）采用聚氨酯黏合剂作为注浆材料，与传统水泥砂浆相比，该注浆材料属于有机化学材料，浆液渗透能力强度，凝固时间短，且注浆后形成的凝固体具有很强的黏接效果及抗压强度。

4）注浆时先从上往下依次注浆，注浆压力控制在2.5～5.0 MPa 范围内，注浆期间应随时观测钻孔注浆量以及注浆时间，出现煤壁有浆液渗透时立即停止注浆施工。

3.2 梯形钢棚支护

1）3107 回风顺槽架设的钢棚棚梁、棚腿均采用12 号矿用工字钢加工而成，其中钢棚棚梁长度为3.64 m，棚腿长度为2.8 m，钢棚棚距为0.6 m，扎脚16°，钢棚间拉杆采用Φ16 mm 拉杆制作而成，两帮各上2 个拉杆，钢棚与巷道顶帮之间背板背实，若出现拉钩孔损坏，可采用直径不小于60 mm 撑木和8号铁丝配合固定，且绑扎不少于2 股，如图2 所示。

图2 3107 回风顺槽破碎围岩支护断面示意图（单位：mm）

2）采用规格为长×宽×厚=1000 mm×200 mm×50 mm 的红松木背板对钢棚与围岩之间间隙进行填充，布置方式：顶4 块，两帮各3 块，配合使用木楔接顶、帮严实。

3）钢棚架设区域内顶板铺设GW6.0/100-1.0×2.0型钢筋网，采用Φ6 mm 钢筋焊接而成，钢筋网长度为2.0 m，宽度为1.0 m，网片搭接长度不得小于100 mm，使用14 号的双股铅丝链接，链接要做到双丝双扣，呈两排“三花”布置，每隔200 mm 联网2 道，链接点间距不大于200 mm，拧结量不得少于3 圈，网片要铺平、铺展紧贴岩面。

4）钢棚架设时前探梁沿巷道施工方向布置，梁间距要均匀，前探梁弯曲要及时更换；每根前探梁使用3 个固定点，3 个固定点布置均匀，梁尾距吊挂点不得小于0.3 m。

3.3 穿帮锚索支护

为了防止巷帮围岩在超前应力作用下出现破碎、垮落，决定对巷道进向左帮采取穿帮锚索支护。

1）穿帮锚索施工在巷道进行左帮上，每排布置4 根锚索支护孔，钻孔直径为30 mm，深度为4.0 m，锚索垂直煤壁布置，如图2 所示，第1 个穿帮锚索钻孔距顶板间距为0.3 m，相邻2 个钻孔布置间距为0.5 m。

2）钻孔施工完后对钻孔内填装锚固剂以及1 根长度为3.8 m，直径为21.8 mmm 锚索，并采用钻机进行锚固；穿帮锚索施工完后巷道在掘进过程中采用长度为2.0 m“M”型钢带进行固定。

4 结语

截至4 月3 日巷道已掘进至520 m，通过对巷道破碎围岩采取联合支护技术后，巷道在后期掘进过程中围岩破碎现象得到了有效控制，通过现场观察发现，在后期掘进中左帮最大片帮长度控制在3.0 m 以下，最大片帮深度控制在0.5 m 以下，未出现顶板破碎、断裂现象，巷道掘进速度提高至6.5 m/d，大大提高了巷道掘进效率，取得了显著应用成效。