掘进巷道破碎顶板联合支护措施研究

李艺伟

（山西煤炭进出口集团左云长春兴煤业有限公司， 山西 左云 037100）

1 概述

山西煤炭进出口集团左云长春兴煤业有限公司303运输顺槽，东部为矿井东盘区未开采区域，南部为矿井南部边界，西部南盘区南延三条大巷，北部为22211回采工作面。

303运输顺槽设计长度为1 700 m，巷道断面规格为宽×高=5.0 m×3.8 m，巷道掘进煤层为22号煤层平均厚度为12.07 m，，煤层厚度结构为距煤层底板1.15 m，有0.18 m夹矸，夹矸为炭质泥岩。煤层之上为泥岩，厚度1.25 m，深灰色，巨厚层状，含有丰富的植物化石，断口平坦；根据22号煤层钻探资料显示，303运输顺槽无伪顶，直接顶主要以炭质泥岩及煤混合岩层为主，平均厚度为3.8 m，其中煤层厚度为1.1 m；基本顶主要粉砂岩为主，平均厚度为9.3 m，巷道采用综合机械化掘进工艺，截至目前巷道已掘进410 m。

2 巷道掘进期间遇到技术难题

2.1 掘进工作面遇特殊地质构造

根据矿地测科通过资料显示，303运输顺槽掘进至420 m、437 m、442 m各揭露一条正断层F1、F2、F3，其中断层最大落差为 1.3 m（F3）、最小落差为0.7 m，平均落差为0.9 m，平均倾角为50°，受断层群影响，巷道掘进效率低。

2.2 掘进技术难题

1）顶板破碎严重、超前支护不及时。由于303运输顺槽槽采用掘进机掘进，每循环掘进进度为1.5 m，受采用应力、构造应力以及上覆岩层重力影响，巷道掘进后顶板出现严重破碎现象，局部地段出现冒顶现象，威胁着巷道掘进安全。

2）临时支护不到位。由于施工人员安全意识薄弱，巷道掘进后为对工作面顶板采取合理有效的临时超期支护措施，而施工巷道直接顶为复合顶板，顶板承载能力低，岩石胶结稳定性差，单轴抗压强度K＜25 MPa，在无任何临时超前支护下施工永久支护，会导致巷道顶板断裂、垮落事故发生。

3）顶板动态观察力度不足。303运输顺槽过断层群破碎区域时，对顶板为采区有效的动态观察，导致巷道405～410 m范围内顶板下沉量大，最大下沉量达0.45 m，且对顶板上覆岩层稳定情况无法实时掌握，从而造成巷道加强支护不及时，应力对巷道围岩破坏范围不断扩大。

3 303运输顺槽联合支护措施研究

3.1 施工撞楔超前支护

303运输顺槽从410 m处在巷道设计顶板位置施工支护钻孔，深度一般为3.5 m；然后将顶锚杆或者一寸钢管打入工作面迎头破碎的顶板中（简称为顶板撞楔超前支护）；超前支护在巷道顶板里呈均匀排间距排列分布，共计布置5根，间距为1.0 m，形成向前的一个超前支护区域（人工假顶），再在超前支护区域下方分别打好顶钢带锚杆及锚索支护；因而实现了有效的顶板安全控制措施，如下页图1所示。

3.2 安装丝杠式超前支护

为了防止巷道施工支护时，发生顶板垮落事故，支护施工时对工作面顶板安装丝杠式前探梁超前支护，丝杠式前探梁超前支护主要包括：丝杠、横梁、纵梁、吊环等部分，如图2所示，工作面在机组割完煤后，将机组退后3 m处关闭电源闭锁，把丝杠式超前支护吊环固定在机掘工作面前三排钢带的锚杆（索）上，每根钢带上3个吊环，安装后将横梁穿入吊环内，然后把第二、三组横梁用同样的方法安装，将5根纵梁分别穿入三排横梁之上，采用丝杠调节前探钢梁与顶板紧密接触，施工人员在临时支护下打设永久支护。

图1 303运输顺槽撞楔超前支护施工断面、剖面示意图（mm）

图2 丝杆式前探梁超前支护施工断面剖面示意图（mm）

3.3 及时打开机载临时超前支护

为了进一步保证巷道支护施工安全，工作面割煤完成后，施工人员把钢筋网按支护排距放置在机载前探支护上，升起机载前探，施工人员在前探支护下打设

锚杆、锚索等永久支护。303运输顺槽采用的EBZ260型掘进机机载前探梁支撑质量为1.5 t，支撑高度为 2.3～4.0 m，支撑面积为 4.0～7.5 m2。

3.4 优化掘进机割煤方式

当303运输顺槽过顶板破碎区域时，及时优化掘进机割煤方式，应先从巷道顶部切割，并立即架好前探梁护好顶板，再向下切割。煤层较软或破碎时，可将切割进尺深度由800 mm调整为400 mm，掘进半煤岩巷道应先割煤后割岩，即先软后硬的原则。根据不同性质的煤岩体，必须确定不同切割方式以及合适的进刀方式及进刀深度。工作面帮角必须切割到位，落煤通过切割头和掘进机耙爪扒入掘进机刮板运输机。

3.5 加强巷道顶板离层监测

303运输顺槽在后期掘进期间，每隔30 m安装1台YHW300型顶板离层仪对巷道顶板进行动态观测，安装基点分别安装在直接顶（浅部基点）和基本顶（深部基点）稳定岩层内，其中浅部基点深度不得低于2.5 m（顶板锚杆长度），深部基点不得低于5.3 m（锚索长度）。

巷道掘进时发现顶板离层值小于50 mm时，说明在围岩应力锚杆及锚索支护作用下，巷道顶板基本稳定；离层值超在50～100 mm时，要停止掘进，采取措施进行处理；离层值大于100 mm时，必须立即撤出人员，及时汇报矿调度室及生产技术部。

4 结语

山西煤炭进出口集团左云长春兴煤业有限公司通过技术研究，对303运输顺槽施工期间存在主要技术难题进行分析，并根据实际情况对运输顺槽顶板破碎区域，采取“施工撞楔超前支护+安装丝杠式前探梁超前支护+打开机载临时超前支护+安装顶板离层仪”等联合措施进行观察维护后，使巷道过破碎区域掘进效率提高至6.7 m/d，在后期掘进前顶板未发生严重破碎、冒顶现象，顶板最大下沉量控制在0.12 m以下，巷帮最大移近量控制在0.15 m以下，有效保证了巷道施工安全，取得了显著实际应用成效。