回采巷道破碎顶板安全管理措施研究

高怀智

（同煤浙能麻家梁煤业有限责任公司，山西 朔州 036000）

1 概 述

同煤浙能麻家梁煤业有限责任公司14106工作面位于井田的东南部，北临+665水平南回风大巷（东），东临14107辅助运输顺槽联巷，西临14106辅助运输顺槽，南部未开采。工作面设计倾向长度为1466m，沿4#煤层底板回采，煤层伪顶平均厚度为0.66m，主要以炭质泥岩为主；直接顶主要以粉砂岩、泥岩混合层为主，平均厚度为4.33m；基本顶主要为中、细砂岩，平均厚度6.21m。目前工作面已回采784m。

14106运输顺槽为矩形断面，断面规格为宽×高=5.5×3.8m，巷道顶板采用锚杆、锚索、钢带、金属网联合支护；由于14106工作面回采至790m处揭露一条正断层F8，断层落差为2.4m，倾角为55°，受构造应力及回采压力影响，工作面回采至770m处14106运输顺槽顶板开始出现破碎现象，预计破碎长度达40m（过断层20m后），工作面前期回采阶段运输顺槽破碎顶板下沉高度达0.42m，顶板岩体破碎严重，胶结稳定性差，单轴抗压强度大大降低，通过顶板窥视孔观察发现顶板破碎深度达2.2m，原巷道顶板永久支护失效严重，无法起到预期支护效果。

2 运输顺槽破碎顶板维护方案选择

为了提高破碎顶板稳定性，避免顶板事故发生，同煤浙能麻家梁煤业有限责任公司通过技术研究，对14106运输顺槽破碎顶板提出三种维护方案，方案一为为挑顶并重新补打支护，方案二为架设矩形工字钢棚，方案三为注浆并架设“T”型双梁钢棚。

（1）方案一挑顶并重新补打支护。工作面在回采期间若14106运输顺槽破碎时，对破碎顶板进行挑顶，挑顶后与设计顶板位置一致，并重新补打永久支护。由于14106运输顺槽存在伪顶且直接顶主要以混合岩层为主，岩石普氏系数f=2.5，岩石硬度低，在进行挑顶时局部地段顶板很容易出现冒顶、垮落现象，造成巷道挑顶后顶板维护难度大，维护效果差，甚至会发生重大顶板事故。

（2）方案二架设矩形工字钢棚。在14106运输顺槽破碎顶板下方架设工字钢棚，钢棚间距为1.5m；受构造应力及回采应力影响，14106运输顺槽顶板压力大且出现大面积下沉现象，下沉量在0.13～0.42m范围内，若仅采用单一的矩形钢棚支护，钢棚顶梁会出现严重变形现象，而且破碎顶板胶结稳定性差，顶板无法形成完整耦合体，采用钢棚支护时效果差。

（3）方案三注浆并架设“T”型双梁工字钢棚。对破碎顶板进行注浆支护，注浆后在其下方架设“T”型双梁工字钢棚进行维护，采用注浆可有效提高破碎顶板稳定性及岩体单轴抗压强度，采用“T”型双梁工字钢棚增加了钢棚与顶板支护面积，有效防止顶板局部冒顶。

通过以上的方案对比，决定采用方案三对14106运输顺槽破碎顶板进行维护。

3 破碎顶板维护施工工艺

3.1 注浆支护

（1）14106工作面回采至770m处且运顺顺槽顶板出现破碎现象时，首先在破碎顶板用YT—23型钻机并配套Φ42mm钻头施工一排倾斜注浆钻孔，钻孔施工完后进行注浆。

（2）工作面顶板每排施工4个倾斜注浆孔，相邻两排注浆钻孔排距为4.0m，钻孔深度为8.0m，钻孔间距为1.0m，钻孔直径为42mm，钻孔与顶板成45°夹角布置，其中靠近两帮钻孔与巷帮成60°夹角。

（3）顶板注浆钻孔施工完后，采用型号为2ZBQ气动注浆泵进行注浆，注浆液采用马丽散粘剂，该粘剂主要采用马丽散与催化剂混合而成，注浆时由中间孔向两帮孔依次进行注浆，注浆压力不低于3.0MPa。

（4）注浆期间发现顶板破碎岩体由浆液渗透时立即停止注浆，并采用黄泥砂浆及聚氨酯由内向外进行封孔，黄泥砂浆封孔长度不低于1.0m，聚氨酯封口长度不低于0.5m，所有注浆孔封口后定期对孔口处有害气体进行检查。

3.2 架设“T”型双梁工字钢棚

（1）“T”型双梁工字钢棚主要由两节“I”型棚腿、两节“T”型棚腿、底座、两节顶梁、四根顶梁连接槽钢以及四根固定拉杆组成，“I”型棚腿长度为2.5m，“T”型棚腿长度为2.0m，“I”型与“T”型棚腿之间采用滑槽及卡缆固定，连接后伸缩长度范围为2.5～4.0m；顶梁长度为5.0m，连接槽钢长度为0.5m，如图1所示。

图1 14106运输顺槽破碎顶板注浆架棚联合维护断面图（单位：mm）

（2）首先在巷道两帮底板处定线安装棚腿底座，底座由规格为长×宽=0.3×0.3m钢板制成，每个底座上焊制两个Φ25mm圆孔，底座安装后采用长度为1.2m直径为18mm锚杆将底座与底板锚固。

（3）底座安装后从下往上依次安装“I”型棚腿及“T”型棚腿，“I”型棚腿与底座采用四根连接螺母进行固定，与“T”型棚腿采用卡缆固定并进行预紧，预紧力不得低于200N·m，为了保证棚腿稳固，在安装棚腿时采用锚杆将棚腿与巷帮进行固定。

（4）棚腿安装后，将两节顶梁与“T”型棚腿顶部进行搭接，顶梁与棚腿采用卡缆固定，顶梁固定后依次安装四根连接槽钢，槽钢与顶梁之间采用卡槽固定。

（5）第一架“T”型双梁钢棚架设完后，依次架设第二架、第三架钢棚，直至过顶板破碎带，钢棚架设间距为1.5m，为了防止倒棚事故发生，所有钢棚架设完后在相邻两架钢棚之间采用三根拉杆进行固定，如图2所示。

4 应用效果

14106工作面回采过F8断层期间，运输顺槽顶板破碎长度为40m，破碎顶板共计施工40个注浆钻孔，共架设20架“T”型双梁工字钢棚。注浆后通过对顶板岩体进行抗压实验发现，破碎岩体单轴抗压强度提高至17.4MPa，而且注浆后使破碎顶板局部形成耦合体，大大提高了顶板稳定性，保证了原巷道永久支护质量。同时采用“T”型双梁工字钢棚对破碎顶板进行维护，与传统工字钢棚相比，提高了顶梁对破碎顶板支护断面，降低了顶板应力集中现象。通过实际应用发现，14106运输顺槽碎顶板采用注浆及架设钢棚后，在后期回采期间运顺顺槽在应力集中区范围内顶板未出现严重破碎现象，有效控制顶板下沉现象，顶板最大下沉量仅为0.12m。

图2 “T”型双梁工字钢棚平、剖面示意图