巷道应力破碎顶板加强支护技术应用

毕永黔

（山西潞安集团余吾煤业有限责任公司，山西 长治 046100)

巷道掘进时破坏了原岩稳定状态，通过施工锚杆（索）对围岩松动圈进行控制，从而达到预防围岩破碎、变形的目的。当巷道掘进后再次受到应力破坏作用，会造成巷道围岩稳定性降低，应力在围岩裂隙岩体产生扩张破坏作用，导致围岩支护失效，增加了巷道支护难度及费用，且在二次支护过程中很容易发生顶板冒落等事故。对于受应力破坏巷道采取合理有效地加强支护措施，对巷道围岩控制、巷道成型等具有重要意义[1-5]。本文以余吾煤矿N1206 回风顺槽为例，对巷道应力区提出了“注浆+架设T 型双梁钢棚”联合加强支护技术。

1 概述

3#煤层平均厚度为6.34 m，有0.2 m 厚的炭质泥岩伪顶，直接顶主要以砂质泥岩、高岭质泥岩、粉砂岩及泥岩等混合岩层为主，平均厚度为4.4 m。首采区的中部W103、W203、W303、W402 号孔直接顶为复层结构，层数最多为6 层，为泥岩、砂质泥岩及薄煤层互层，沿层面微细软弱结构面较为发育，顶板的稳定性较差。基本顶主要以砂质泥岩、高岭质泥岩为主，局部为泥岩、中粗砂岩，平均厚度为14.5 m。

N1206 回风顺槽设计长度为1970 m，巷道净宽为5500 mm，净高为3500 mm。巷道沿3#煤层底板进行掘进布置，掘进期间顶板主要采用锚杆（索）、钢带、金属网联合支护。顶板每排布置6根锚杆，锚杆间排距为1.0 m，锚杆长度2.5 m，直径22 mm；锚杆外露端安装一根6 眼孔“M”型钢带，钢带长度为5.2 m，宽度为0.15 m。顶板每排布置3根锚索，锚索长度为8.0 m，直径为17.8 mm，锚索间距为2.0 m，排距为3.0 m；每根锚索外露端安装一根长度为0.8 m、宽度为110 mm 工字钢梁，并采用锁具进行预紧。

2 回风顺槽支护现状

N1206 工作面已回采至420 m，432 m 处时的回风顺槽侧有一条正断层F5，断层落差为1.8 m，倾角为55°。受断层应力、工作面回采超前应力等应力影响，工作面回采至415 m 处时，N1206 回风顺槽在应力叠加破坏作用下，巷道顶板出现破碎现象。随着工作面推进，与F5 断层距离缩短，应力破坏作用不断加大。当工作面回采至420 m 处时，N1206 回风顺槽顶板及煤壁破碎严重，顶板局部区域钢带出现破断，顶板锚杆失效率达9%，巷道顶板下沉量达0.45 m，两帮收缩量达0.51 m。原巷道顶板支护不能满足支护需求，严重威胁着巷道后期安全高效回采。

3 巷道应力区联合加强支护技术

为了进一步提高N1206 回风顺槽应力区顶板整体稳定性，决定对巷道应力区采取注浆加固及架设T 型双梁钢棚联合支护技术。

3.1 注浆施工

（1）注浆钻孔及材料。钻孔布置参数：N1206回风顺槽掘进至420 m 处时，对应力区顶板施工注浆钻孔，每排布置4 个，钻孔间距为1.0 m，排距为5.0 m，整个应力区巷道顶板共计布置6 排，钻孔深度为4.0 m，直径为45 mm，所有钻孔与巷道顶板夹角为50°，如图1。注浆材料采用水泥砂浆与水玻璃混合浆液。

（2）注浆施工工序。① 注浆顺序为：钻孔施工→预埋注浆软管→安装封孔器→注浆施工。在注浆施工时注浆压力逐渐增大，最大注浆压力不得超过1.5 MPa。② 注浆施工设计单孔注浆量为50 kg，单孔注浆时间为15 min，注浆后及时拔出注浆管，对下一钻孔进行注浆施工。

3.2 架设T 型双梁钢棚

N1206 回风顺槽应力区段注浆完成后，对应力区巷道架设一排密集T 型双梁钢棚。

（1）T 型双梁钢棚主要由棚腿、顶梁、底座等部分组成，如图1。棚腿由一根长度为1.5 m“I”型棚腿和一根长度为2.5 m“T”型棚腿组成，顶梁长度为5.0 m，宽度为0.5 m。

（2）T 型双梁钢棚架设顺序为：底座→棚腿→顶梁。为了保证钢棚架设稳定性，棚腿底座与底板之间采用两根地锚固定。

（3）T 型双梁钢棚架设间距为1.5 m，应力区共计架设35 架钢棚。所有钢棚架设完成后，相邻两架钢棚棚腿之间采用一组栏杆进行连接。

图1 N1206 回风顺槽应力区顶板联合加强支护断面示意图

4 效果

对N1206 回风顺槽应力区段顶板采取“注浆+架设T 型双梁钢棚”联合加强支护技术后，取得了显著成效：

（1）通过对应力区顶板注浆加固，有效控制了顶板破碎区范围的扩大，大大提高了破碎顶板整体稳定性，岩体的胶结稳定性得到了提高。注浆后对破碎岩体进行二次重组，破碎岩体抗压强度提高了1.4 倍。同时，注浆后保证了原顶板锚杆锚注效果，锚杆失效率降低至2%以下。

（2）相比传统的矩形钢棚，架设的T 型双梁钢棚不仅支护断面大、支护强度高，而且有效解决了传统矩形钢棚支护时对顶板产生的切顶破坏作用等技术难题，提高了顶板支承作用力。应力区架设钢棚后顶板下沉量降低为0.21 m 以下，两帮收缩量降低至0.37 m 以下。