主斜井过小窑破坏区加强支护技术

牛晋林

（山西焦煤霍州煤电集团同安煤业有限责任公司，山西 吕梁 033500）

1 概 述

同安煤业有限责任公司新掘主斜井主要担负矿井的煤炭提升和进风任务，设计长度643 m，倾角-21°，方位角162°。主斜井为拱形断面，设计净宽5.0 m，净高4.5 m。主斜井掘进方向与原天旺矿主斜井掘进方位保持一致，保留安全煤柱宽度为30 m。

主斜井在前150 m 掘进时巷道主要以全岩为主，150～400 m 以煤与泥岩为主，400～643 m 主要以煤层为主，采用EBZ260 型掘进机掘进，目前已掘进545 m。

2 巷道掘进现状及问题分析

2.1 巷道掘进现状

主斜井永久支护采用锚喷支护技术，拱顶从巷道中线开始，向两边布置锚杆，间排距1000 mm×1000 mm，左右两帮直墙段各布置2 根锚杆，间排距1000 mm×1000 mm，每排布置11 根锚杆，锚杆规格Ф22 mm×2600 mm。喷浆厚度150 mm，强度C20。

主斜井在掘进至里程532 m 处，左帮揭露原天旺矿井小窑破坏垮落带，通过钻探发现破坏带总长度为42 m。受小窑垮落破坏带影响，主斜井掘进至532～538 m 段时，位于小窑垮落带侧巷帮出现挤压突出并伴随着裂隙发育。随着巷道延伸，当巷道掘进至540 m 处时巷道围岩破坏更加严重，小窑垮落破坏带出现局部垮落现象，原顶板支护无法对围岩起到有效的控制作用。

2.2 巷道掘进存在的技术难题

（1）主斜井与原天旺矿主斜井预留保安煤柱宽度为30 m，保安煤柱主要以煤层与泥岩为主，煤岩体平均单轴抗压强度不足15 MPa。由于受小窑破坏带影响，保安煤柱承载能力降低，导致保安煤柱破坏严重，煤体内裂隙发育、破碎失稳。原巷道主要采用单纯锚杆和喷浆联合支护，锚杆在破碎围岩锚固效果差，锚固力不足设计值的70%，锚杆失效现象严重。同时，由于煤岩体内出现裂隙扩张破坏作用，巷道喷浆后在内部岩体扩张作用下，浆体出现脱落。

（2）由于受小窑破坏带影响，主斜井巷帮煤柱承载能力降低，巷道掘进后巷帮煤柱无法对顶板进行有效承载、支撑作用，导致巷帮煤柱在应力作用下出现剥离破坏，从而发生煤壁片帮、肩角煤柱垮落。同时，巷帮煤柱失稳后，顶板无法形成稳定承载拱，顶板两帮煤柱顶板形成跨距，降低了巷道拱形顶板整体稳定性。

（3）巷帮煤柱破碎后形成的围岩裂隙，随着巷道延伸裂隙向顶板及迎头煤体延伸，而原巷道支护设计未采用超前临时支护措施，导致在小窑垮落破坏影响区内，巷道掘进过程中顶板及两帮出现超前破碎现象，巷道掘进后不仅不利于巷道安全支护，而且很容易造成顶板垮塌。

3 巷道联合支护技术应用

3.1 注浆施工方案

（1）注浆钻孔布置在小窑破坏区巷帮煤柱侧，每排布置4 个注浆钻孔（1#～4#）。注浆钻孔深度为3.0 m，直径为45 mm，钻孔间距为1.8 m，第一个钻孔布置在距底板0.5 m 处，排距为3.0 m。

（2）1#注浆钻孔倾角为0°，2#注浆钻孔倾角为10°，3#注浆钻孔倾角为20°，4#注浆钻孔倾角为20°。注浆钻孔采用YT-28 风钻施工，布孔时由巷道中线向两拱布孔，如图1。

图1 主斜井围岩破碎区联合支护示意图

（3）注浆钻孔施工完后进行扩孔施工，孔口深度为0.5 m，扩孔直径为120 mm。扩孔后对其安装孔口管，孔口管里端安装一根长度为2.0 m 注浆花管，孔口管尾端加高压截止阀。孔口管采用膨胀水泥进行封孔处理，封孔长度为0.5 m。

（4）钻孔封孔完成后进行注浆施工，注浆时采用单孔注浆方式，注一孔封一孔，注浆使用材料为P.O42.5 硅酸盐水泥及水玻璃浆液，配比为1:0.5～1:1（体积），注浆终压不小于1.5 MPa。

3.2 超前管棚支护

（1）注浆完成，待破碎围岩固化形成整体后，采取超前管棚支护。支护钻孔采用B22 mm×2000 mm 中空六角钻杆带钻头直接打进顶部破碎带，间距300 mm，自井筒中心正顶向两边布置，每排14个支护孔，孔深度为3.0 m。

（2）主斜井采用超前管棚支护体主要是长度为3.0 m、直径为30 mm 无缝钢管，钢管端头成尖锥状，钢管采用锚固剂进行锚固，在钢管两侧均匀焊制一排直径为8 mm 圆孔，孔间距为0.3 m。若顶板破碎严重，采用超前管棚支护无法维护时，可配合预注浆进行支护。

（3）超前管棚外露端采用钢带进行固定，管棚支护完成后巷道继续掘进。当巷道掘进3.0 m 后施工第二排超前管棚支护，以此类推直至巷道完全过小窑破坏影响区。

3.3 密集U29 型钢棚支护

（1）巷道注浆及超前管棚支护完成后，为进一步提高巷道围岩稳定性，决定对巷道架设密集U29 型钢棚。钢棚主要由棚腿、底座、底梁、弧形顶梁、卡缆等部分组成，其中弧形顶梁主要分为三节，钢棚所有部分采用卡缆固定搭接，搭接长度不低于0.2 m。

（2）U29 型钢棚支架必须架到实底上，当遇底板破碎时，在架棚处帮部浇筑钢筋混凝土柱墩，确保棚腿落到实底上。两帮部棚腿间采用24 kg 轨道作为横向底梁，底梁采用卡兰进行固定。

（3）U29 钢棚棚距为（中-中）0.5 m，支架间采用槽钢拉杆连接，棚与棚之间使用7 根槽钢拉杆配Ф18 mm×200 mm 的高强螺栓进行固定。

（4）为了防止架棚后顶板出现碎石掉落现象，在架设U29 型钢棚时，在钢棚与顶板之间铺设钢筋网。每片钢筋网规格为长×宽=4.5 m×1.2 m，相邻两片钢筋网之间搭接宽度为0.3 m，钢筋网与钢棚顶梁之间采用8#铅丝进行捆绑。

4 结语

（1）对主斜井小窑破坏带影响区不稳定围岩采取注浆加固后，降低了残余应力对围岩造成的剪切破坏作用，控制了两帮及顶板肩角煤柱破碎、垮落现象。通过现场观察发现，采用注浆后锚杆支护与巷帮及顶板达到有效支护作用，锚杆支护后未出现支护托盘变形、断裂以及锚杆失效等现象。

（2）通过对主斜井施工超前管棚支护后，防止了因应力影响围岩裂隙扩张破坏作用，导致巷道未掘区顶板围岩出现超前破碎现象，达到了巷道掘进后顶板超前临时支护效果，有效提高了巷道掘进后破碎围岩下永久支护施工安全系数。

（3）与传统的矩形工字钢棚相比，U29 型钢棚具有承载强度高、稳定性强、不易变形等优点。主斜井破碎围岩区架设密集U29 型钢棚后，削弱了小窑破坏带残余应力对主斜井围岩的剪切破坏作用，提高了巷帮煤柱对拱形顶梁的支撑作用强度。