人工假顶技术在巷道冒漏区治理中的应用

段二坤

（晋能控股煤业集团燕子山矿，山西 大同 037001）

巷道在过地质构造时顶板出现冒漏区后，冒漏区围岩稳定性差，围岩破碎严重，在冒漏区采取传统锚杆（索）支护时不仅施工难度大，支护危险系数高，冒漏区很容易出现瓦斯积聚现象等，而且冒漏区围岩力学结构已发生改变，围岩裂隙高度发育，构造应力在围岩裂隙内产生卸压扩张破坏作用，致使冒漏区围岩附近产生环形围岩松动圈。锚杆（索）支护仅可对局部破碎围岩起到悬吊、组合拱（梁）作用，无法实现大面积破碎围岩控制作用。对冒漏区围岩采取合理有效的支护技术，对巷道安全快速掘进具有重要作用[1-5]。

1 概述

晋能控股煤业集团燕子山矿2603运输顺槽位于306盘区，该巷道北部、南部均为实煤区，西部为306盘区大巷，对应上部无采空区，同层没有小窑采掘活动。根据西一盘区采掘观测资料，上覆侏罗系采空区与本层层间距200 m，掘进期间不受上覆采空区影响。

2603运输顺槽设计长度为2084 m，巷道掘进断面为宽×高=4.5 m×3.5 m。巷道掘进煤层为石炭系5#煤层，煤层结构复杂，厚度稳定，煤层平均厚度为6.72 m，属厚煤层，变异系数10.23%，系稳定煤层。煤层大致走向东西，倾向北，倾角为1°。

2603工作面运输顺槽已掘至780 m处，巷道掘至770 m处揭露一条F3逆断层，断层落差为1.8 m，倾角为42°。受F3断层影响，巷道揭露断层后顶板出现冒漏现象，冒漏深度达1.7 m。在冒漏区采用锚杆、锚索支护时顶板控制效果差，无法达到预期支护效果。

2 人工假顶支护技术

2.1 人工假顶施工工艺

为了保证巷道安全快速过F3断层应力区，提高冒漏区顶板稳定性，决定对冒漏区采取人工假顶支护。

（1）掘进巷道在过冒漏区时，对冒漏区顶板先采用锚杆、锚索进行支护，顶板永久支护到位后再进行人工假顶施工。人工假顶施工工序主要包括：锚索吊棚→铺设道木→注浆填充等。

（2）冒漏区顶板永久支护施工完后，在冒漏区处施工锚索吊棚。每架锚索吊棚主要由3根长8.3 m、直径21.8 mm锚索以及一根长4.2 m槽钢组成，槽钢上焊制三根直径25 mm圆孔，孔间距为1.8 m。

（3）首先对冒漏区锚注锚索，每根锚索采用2支MSKC23/35型超快速锚固剂以及2支MSK23/60型快速锚固剂进行联合锚固。锚索搅拌时间为48 s，凝固时间为90 s，等待时间为480 s。锚索垂直顶板布置，同一排锚索中心线与巷帮垂直。

（4）锚索锚固后，保证锚索外露端超出巷道设计顶板位置0.3～0.4 m，然后在锚索外露端安装槽钢，并采用锁具进行紧固。槽钢安装后保证槽钢平面与巷道设计顶板齐平。

（5）相邻两架锚索吊棚间距为1.0 m，每三架锚索吊棚为一组。第一组锚索吊棚施工完后，依次在锚索吊棚上方平铺钢筋网、风筒布、道木、半圆木，如图1所示。道木长度为2.5 m，半圆木长度为3.8 m。

图1 2063运输顺槽冒漏区人工假顶支护平、剖面示意图（单位：mm）

（6）道木与半圆木成“井”型布置，直至道木与冒漏区顶板接触严实，并使用张拉机具对锁具进行预紧，确保假顶牢固可靠。

（7）道木铺设接顶后，采用注浆泵对假顶间隙处填充罗克休填充剂。该注浆材料具有膨胀率高、凝固速度快、阻燃效果好等优点。

2.2 安全技术措施

为了保证人工假顶施工质量及施工安全，假顶施工期间必须采取合理有效的安全技术措施。

（1）锚索吊棚施工前必须对顶板施工窥视孔，窥视孔深度不得低于5.0 m，窥视孔施工时必须准确记录钻孔每段岩性情况，确保锚索锚固在稳定岩体内。

（2）吊棚锚索锚固后，确保锚索锚固力不低于470 kN，并进行锚索拉拔试验。同一排三根锚索水平投影应在同一条直线，且与巷帮垂直，锚索允许偏角控制3°以里。

（3）在进行人工假顶施工时，由于巷道相对较高，为了保证施工安全，需在巷道内搭设工作盘。工作盘采用直径为300 mm原木进行搭设，工作盘搭设长度为2.0 m，高度为1.8 m，工作盘搭设必须牢固可靠。

（4）人工假顶施工期间，若冒漏区顶板破碎严重无法及时控制时，需对冒漏区顶板采取注浆加固。注浆孔深度为5.0 m，每排布置2个注浆孔，注浆液采用马丽散混合液。该注浆材料能够快速渗透至破碎岩体裂隙内并进行充分粘接加固。

（5）在人工假顶处每隔10 m安装一台YHW300型顶板离层仪，安排专人进行观察。若人工假顶出现下沉且下沉量达0.3 m时，应及时在假顶下方支设密集矩形钢棚，钢棚间距为1.0 m。

3 人工假顶优点及应用效果分析

3.1 人工假顶施工优点

（1）施工工艺简单。人工假顶施工工艺相对简单且取材方便，与架棚、注浆等加固技术相比，人工假顶施工成本费用低，劳动强度低，而且可应用于不同地质条件的采掘工作面中，应用范围广。

（2）支护效果好。与传统矩形钢棚支护相比，人工假顶支护断面大，而且人工假顶对顶板蠕动变形适应性强，具有很好地让压支护效果，有效防止了传统钢性支护时顶板下沉变形后支护失效现象。

（3）防止瓦斯超限。2063运输顺槽冒漏区最大高度达1.7 m，巷道预留顶煤厚度为3.2 m，若冒漏区采用传统锚杆（索）支护，冒漏区很容易出现窝风现象，在高温氧化作用下很容易出现煤层自燃以及瓦斯积聚现象；而采用人工假顶技术后，对高冒区进行充分填堵，有效防止了瓦斯积聚以及隔绝空气对高冒区煤体氧化作用。

3.2 实际应用效果分析

截至2020年5月18日，2063运输顺槽已掘进至840 m，完全通过了F3断层应力区，应力区架设人工假顶长度为41 m。人工假顶施工完后，在假顶处顶板每隔15 m安装一台顶板下沉观测仪，通过20 d观察结果，如图2所示。

图2 人工假顶后2063运输顺槽冒漏区顶板变形曲线图

由图2可知，2063运输顺槽高冒区人工假顶施工完后，在0～8 d范围内顶板变形量呈直线上升，到第8 d顶板下沉量达290 mm。在该区段时间内冒漏区围岩蠕动变形严重，导致顶板下沉量相对较大。在8～12 d范围内顶板下沉量逐渐降低，到12 d顶板下沉量为330 mm。在该区段时间内，人工假顶对变形顶板起到耦合支护作用，有效控制了顶板下沉；在12 d后顶板下沉现象得到完全控制，顶板趋于稳定。

4 结束语

燕子山矿掘进管理部对2063运输顺槽冒漏区采取人工假顶技术后，有效控制了冒漏区围岩破碎、下沉现象，防止了冒漏区瓦斯积聚现象，保证了巷道安全快速过断层应力区，为其他采掘工作面过类似地质构造提供了实践支护依据，取得了显著应用成效。