掘进巷道过高冒区支护技术优化研究

于建兵

（晋能控股集团寺河煤矿， 山西 晋城 048200）

引言

巷道掘进过程中会产生围岩应力，当应力释放时有张拉力产生在围岩内，造成围岩发育裂隙带，由于裂隙的不断伸长，并伸长到锚索对锚固进行支护的一端时，就会导致锚索对锚固的支护失效，进而在顶板中产生冒漏。顶板在有冒漏发生之后，该部分顶板中有髙冒区产生，并且髙冒区会积聚大量的瓦斯，对巷道管理的安全性带来严重影响。基于以上巷道掘进过程中所面临的支护问题，以晋能控股集团的寺河矿东井区北胶带巷为例，提出了一系列的联合支护方案及优化措施，并进一步展开研究。

1 寺河矿东井区北胶带巷概况

本文案例中的晋能控股集团寺河矿东井区北胶带巷所在的位置以东为东七盘区胶带/辅运大巷（未掘），以南为5313 工作面（已掘），以西为东井区西回风大巷（已掘），以北为东井区北回风大巷东西段（已掘）。

当设计东井区北胶带巷时，其长度设计成690 m，巷道断面宽×高是5.5 m×4.2 m。当对巷道进行掘进时，3 号煤层是其需要施工的煤层，而且煤体所具有的结构简单，该工作面预计会揭露的煤层厚度是3.8～4.2 m，平均厚度是4.0 m[1-2]。煤体结构与煤层在该工作面区域内的稳定性比较好，煤层中有少量夹矸，夹矸中所含泥岩绝大部分是砂质泥岩。每个煤层形成的夹角是1°～4°，煤层近水平。而且煤层的顶板与底板都是砂质泥岩。

1.1 顶板

老顶：细粒砂岩，厚度3.40 m，深灰色，厚层状，岩芯完整，局部夹砂质泥岩，分选磨圆一般，普氏硬度2～5、抗压强度 20～40 MPa、抗剪强度 2.58～4.59 MPa。

直接顶：砂质泥岩，厚度4.04 m，灰黑色，中厚层状，岩芯完整，含植物化石，普氏硬度1～4.2、抗压强度10～37.8 MPa、抗剪强度 1～2.45 MPa。

伪顶：碳质泥岩，厚度0.2 m，灰黑色，含植物化石，随采掘脱落；普氏硬度0.5～1.0、抗压强度10 MPa、抗剪强度 0.5～1.0 MPa[3]。

1.2 底板

直接底：粉砂岩，厚度1.82 m，灰色，柱状，夹薄层砂质泥岩，普氏硬度 1～4.57、抗压强度 10～45.7 MPa、抗剪强度 1～3.6 MPa。

老底：砂质泥岩，厚度3.11 m，灰黑色，较致密，有层理，不坚硬，含白色矿物质，局部含砂质较多，普氏硬度 1～4.2、抗压强度 10～37.8 MPa、抗剪强度1～2.45 MPa。

1.3 煤层

3 号煤：煤层平均总厚5.95 m（最大6.33 m、最小5.8 m），普氏硬度 1～2、煤层倾角 10°、最小 0°、平均4°，黑色，似金属光泽，以亮煤为主，暗煤次之，半亮型，煤层结构简单、煤体坚硬。

在东井区北胶带巷中所使用的掘进工艺为机械化，已经进行掘进的深度是470 m，当对巷道进行掘进，掘进到442 m 的位置时F5 正断层被揭露，而且断层与断层之间的落差是1.5 m，相应倾角是52°。由于断层的作用，当掘进到442～445 m 区域内就有冒漏出现在顶板，冒漏能够有1.7～2 m 的高度，所形成的形状是半球状。因为冒漏区中的围岩的稳定性极差、区域不小，所以之前的锚索进行支护的成效不佳，增加了支护的困难程度。

2 存在于冒漏区的主要问题

1）对原顶板进行支护的锚杆选用左旋无纵筋螺纹钢，其总长是2.4 m，该锚杆1 排为6 根，相邻锚杆之间的距离是1.0 m，顶板冒漏能够有1.7～2 m 的高度，所形成的形状是半球状，当冒漏区选取锚杆进行支护时，支护成效与实施难度均大，当用密集锚杆来对冒漏区进行支护时，由于钻孔在施工时会有破坏扰动产生作用于冒漏区，就会使冒漏区再次有冒漏事故发生。

2）在原顶板内，每排设置2 根锚索，相邻锚索之间的距离是1.8 m，相邻每排的距离是2.0 m，每根锚索的总长是7.3 m，锚索的直径是21.8 mm，当把锚索设置在冒漏区时，要对工作平台进行搭设，并且施工的步骤一点也不简单，安全系数较低。

3）设计选用喷浆来支护冒漏区，由于冒漏区中的围岩的胶结不稳定，所以选取喷浆能够对该冒漏区中的煤岩体所具有的氧化进行控制，避免有自燃现象出现在煤层中，可是，喷浆还具有一定的缺陷，如较低的韧性、有限的厚度等，如有蠕动出现在冒漏区进而有变形发生时，使喷浆层逐渐，支护效果较差[4]。

4）当只选取锚索对冒漏区进行支护，但不填充与封堵冒漏区时，极易导致有窝风状况出现在冒漏区，进而造成瓦斯在此冒漏区积聚，对巷道管理的安全性有害。

3 冒漏区采取的联合支护控制技术

由于要使冒漏区的顶板更加稳定，解决传统支护中的问题，进而把联合支护控制技术用于冒漏区，联合支护控制技术即为锚索补强、架设π 型钢梁架棚、使用板梁打设“井”字型木垛接顶，并喷浆护表。

3.1 锚索补强支护

1）局部冒落高度小于500 mm 且顶板完整相对稳定按原设计进行支护。当顶板破碎且不规则时，顶锚索支护方式改为每两排两根单体锚索支护，锚索排距不变，锚索规格为SKP21.8-1/1720-7300。

2）局部冒落高度达到1 m，顶板完整相对稳定时，顶锚索支护方式改为每排2 根锚索进行支护，锚索型号为SKP21.8-1/1720-7300，排距1 m。同时在冒落区域前后5 m 范围内将顶板补强为每排2 根型号为SKP21.8-1/1720-7300 的锚索，排距1 m。顶板破碎不规则时，顶锚索支护方式改为每排4 根锚索进行支护，锚索规格型号为SKP21.8-1/1720-7300，排距1 m。同时在冒落区域前后5 m 范围内将顶板补强为每排4 根型号为SKP21.8-1/1720-7300 的锚索，排距1 m。

3）局部冒落高度达到2 m，顶锚索支护方式改为每排4 根单体锚索支护，锚索型号为SKP21.8-1/1720-7300，排距1 m。同时在冒落区域前后5 m 范围内将顶板补强为每排4 根型号为SKP21.8-1/1720-7300的锚索，排距1 m。

3.2 架设π 型钢棚、打设“井”字型木垛接顶支护

巷道冒落高度超过500 mm 的地段在锚索补强的基础上，同时采用架设π 型钢梁架棚，并使用板梁打设“井”字型木垛接顶方式补强[5]。

1）把首架锚索架棚设置在巷道深度的第440 m 位置，由π 型钢梁与锚索构成锚索吊棚，π 型钢梁长度分别是4.5 m、5.0 m，锚索的直径是21.8 mm，长度是7.3 m。在顶板的锚索上套进一根40 t 三环链，并在三环链下使用锚索锚具固定牢固，在三环上套进Ф15.5 mm 的钢丝绳（或在顶板的锚杆上安装起吊环，起吊环拧紧不少于6 扣，在起吊环上套进Ф15.5 mm的钢丝绳），垂直于巷道走向架设5 m 的棚梁，棚距1 m。棚梁必须吊挂于钢丝绳上，钢丝绳使用Ф15.5 mm绳卡压接牢固，绳卡压接不少于3 个，均匀布置，正反安装，间距200 mm。必须保证每根棚梁至少有3 根钢丝绳吊挂，并且必须保证棚梁两头在同一水平面上。棚梁架好后，保证两头搭接不小于0.5 m。

2）在间距为1 m 的棚梁上方打“井”字型连锁木垛接顶，棚梁要与木垛接触严实。板梁规格为R150 mm（或 R110 mm）×1 500 mm（或 1 200 mm），棚梁下方应采用长度不小于3 m 的钢制棚腿支撑π 型钢梁。

3）棚梁上方打木垛前，先在棚梁上铺设3 m 板梁进行铺底，然后在3 m 板梁上打木垛。必须保证所有木垛搭接平稳、牢固，层层对齐，不平处和接顶处必须用背板、柱帽、木楔垫稳、背紧、背实、背牢，并用3 m板梁将相邻的两个木垛连锁。每层板梁方向一致，相邻两层板梁纵横交错，按照井字形、从下往上、垂直布置板梁，每层板梁搭接上层板梁后，各端部至少富余100 mm。每层板梁选取规格大小相近板梁，当某层出现一头高一头低的现象后，及时通过调整相应规格大小的板梁将木垛调平。坡度较大时，用10 号铁丝将就近的两个板梁捆绑，固定牢固。

3.3 喷浆护表

为了防止冒漏区在进行架棚、打木垛补强施工后，支护空隙出现瓦斯，在结束对冒漏区进行的补强施工后，必须及时使用黄沙、水泥材料对架棚区域进行喷浆护表处理。

3.4 其他方面

1）在π 型钢棚中，其棚腿的长度不小于3 m，把钢板分别安装在棚腿的底端与顶端，钢板的厚度、宽度、长度分别是8 mm、0.3 m、0.3 m。把圆孔加焊在钢板中，圆孔的直径是25 mm。15 号槽钢经过制作而制成了长是4.5 m 的顶梁。

2）架设π 型钢棚的起始位置是第440 m 处，相邻钢棚之间的距离是1.0 m，当架设钢棚时，可以在硬度非常高的底板中安装其底座，一定要浇筑底座。在架设钢棚之后，需要选取巷帮和锚杆来对固定各个棚腿，选取连接杆固定相邻的棚腿，而且连接杆的数量是4 组，选取背板来填充钢棚与顶板的间隙位置。

4 结语

和传统的锚杆锚索支护进行比较，π 型钢棚的优点是具有较高的稳定性、较大的支护强度等，可以在构造等应力围岩内使用π 型钢棚。当把π 型钢棚架设到东井区北胶带巷冒漏区之后，使联合支护的主要作用得以实现，髙冒区不再发生顶板冒漏问题，应用效果非常明显。