庞庞塔煤矿托顶煤巷道锚喷注联合补强支护技术

高艳明

（霍州煤电集团吕临能化有限公司庞庞塔煤矿，山西 吕梁 033200）

1 工程概况

庞庞塔煤矿9-803 工作面主采9#煤层。9#煤层位于太原组中下部，上距5#煤层40.90～56.15 m，平均50.63 m，煤层赋存稳定，结构复杂，含1～2层夹矸，平均煤厚为11.8 m，属特厚煤层，煤层倾角为12°～36°，平均24°，采用综采放顶煤法开采。9-8032 巷为9-803 工作面的回风巷，矩形断面，毛宽4.5 m，净宽4.3 m，毛高3.6 m，净高3.5 m，长度1542 m，与9-8011 巷平距35 m。9-8032巷支护方式为“锚网+W 钢护板配合工字钢+锚索”联合支护，顶部为Φ22 mm×2400 mm 左旋螺纹钢高强锚杆，帮部为Φ22 mm×2000 mm 左旋螺纹钢高强锚杆，顶、帮锚杆采用交错式布置（即顶锚杆与帮锚杆排距为0.4 m），间、排距均为800 mm×800 mm。

9-8032 巷受9-801 工作面采动、迎采送巷和托顶煤掘进影响，巷道局部矿压显现明显，顶底板及两帮移近量大。为了保证工作面推进期间顶板安全，需对巷道进行补强支护。

2 顶板补强区域划分

为确定9-8032 巷补强支护的范围，采用钻孔窥视仪对围岩的变形破碎情况进行观测分析，共布置50 个窥视孔，窥视结果如图1。

图1 顶板钻孔窥视结果

由图1 可知，1800 m 处的顶板深部围岩相对较完整，但浅部顶煤的破碎程度较高，裂隙发育明显，同时8～9.5 m 存在部分软弱夹层；1880 m 处的顶板浅部顶煤同样呈破碎状态，同时深部8.3 m 及9.4 m 处存在有离层现象，对巷道的稳定性影响较大；1900 m 处浅部顶煤破碎变形程度加剧，且深部围岩出现了多处离层及软弱夹层，随着时间的推移可能发育成较大的离层甚至冒顶；1920 m 及1950 m 处顶板的离层主要分布在围岩深度6.4 m、7.5 m、8.3 m 及10.0 m 之间，且1950 m 处的顶板在围岩8.2～8.7 m 间存在较多的微小裂隙。

综合各处顶板窥视结果可知，巷道顶板浅部顶煤已基本破碎，顶板存在多处离层，主要分布在6～10 m 的深度范围内，另外部分区域的软弱夹层及微小裂隙发育程度较高，因此确定9-8032 巷需要进行补强支护的区域为1800～1955 m 段。

3 巷道联合补强支护技术[1-6]

3.1 补强支护思路

对巷道回缩区域先帮部注浆维护，再在顶部施工注浆锚索，然后对顶板喷浆维护，并进行扩刷处理永久支护，最后架工字钢棚维护顶板。

施工顺序：帮部注浆→施工注浆锚索→顶板喷浆→临时支护→人工扩刷→永久支护→架棚。

顶板喷浆可以在注浆锚索前施工。

3.2 帮部注浆

1）注浆材料：矿用充填加固材料Ⅰ号。

2）浆液构成：矿用充填加固材料Ⅰ号与水搅拌均匀后进行泵送。

3）水灰比：0.28:1。

4）注浆压力：1～3 MPa。

5）注浆孔布置：① 扩刷帮布置注浆孔1 个，注浆孔距顶板1.6 m 处与水平夹角10°向上开孔，注浆孔间距4 m，采用注浆封孔器封孔，孔内封孔位置距孔口2 m（也可根据现场实际情况而定）。② 注浆根据浆液的有效扩散，如破碎带裂隙较大，浆液有效扩散性强，可加大注浆孔间距。Φ42 mm钻头成孔。

注浆压力：逐渐升至2.0～5.0 MPa（注浆时需认真观察表面浆液漏跑情况，当明显漏跑浆液时，即使未达到注浆压力，也应立即停止注浆）。注浆施工示意图如图2。

图2 注浆施工示意图（mm）

扩刷前对巷道顶板进行喷浆加固，喷浆材料使用纤维混凝土材料，喷射厚度3 cm。

3.3 巷帮扩刷支护方式

施工方式：巷帮扩刷的循环进度为0.8 m，最大空顶距不大于1.2 m，最小空顶距不大于0.4 m；每次只允许拆卸1 排锚杆，永久支护结束后，方可进行下一循环，从上到下的原则进行扩刷；支护期间先顶后帮，架棚最多滞后扩刷5 个循环，从里往外开始架棚支护作业。

临时支护：扩刷期间采用支设单体柱“一梁两柱”临时支护顶板，临时支护超前扩刷3 排，单体柱间距1 m，支设10 排；扩刷期间，随着架棚的推进，前移单体柱π 梁支护，单体柱初撑力为15 MPa；顶板不平整区域无法支设临时支护时，先对顶板采用工字钢锚索构顶补强维护，后扩刷；工字钢长3.2 m，一组三根，排距2.0 m，锚索锚入稳定岩层2.0 m，构顶前安装托盘张拉预紧至210～290 kN。

扩刷区域采用“锚网+W 钢护板+锚索+喷浆+注浆+工字钢梯形棚”联合支护，帮锚杆采用Ф20 mm×2400 mm 左旋螺纹钢高强锚杆，间排距800 mm×800 mm；帮部中间施工一根锚索代替锚杆，规格Ф21.8 mm×5300 mm 低松弛钢绞线；帮部无工字钢锚索区域，施工工字钢锚索，排距2.4 m，工字钢选用长2.0 m，眼距1.6 m；补打锚索选用Φ21.8 mm×5300 mm 低松弛钢绞线，每根帮锚索选用MSZ2360 型树脂锚固剂2 条和CKb2340 型树脂锚固剂1 条进行锚固，外露长度150～250 mm，预紧力为210～290 kN。

巷道顶板正中施工一根中空注浆锚索补强维护，规格Φ22 mm×11 300 mm，排距1.6 m。扩帮后顶部锚杆支护失效或破坏、顶部支护距煤帮距离大于0.4 m 时，施工Ф21.8 mm×4300 mm 低松弛钢绞线支护顶板，距离大于1.2 m 时再施工一根Ф22 mm×2400 mm 左旋螺纹钢高强锚杆锚杆支护顶板，深度较大时，锚杆间排距800 mm×800 mm。原顶锚索破坏、失效时，补打Ф21.8 mm×10 300～12 300 mm 低松弛钢绞线支护顶板（锚入稳定岩层不小于2.0 m），每根顶锚杆采用MSZ2360 型树脂锚固剂和CK2340 型树脂锚固剂各1 条进行锚固，预紧力不低于300 N·m。每根顶锚索采用MSZ2360 型树脂锚固剂2 条和CK2340 型树脂锚固剂1 条进行锚固。

巷道扩刷支护断面图如图3。

图3 巷道扩刷支护断面图（mm）

4 效果

1）顶板离层

布置2 个顶板离层测站，每个测站分别布置一个浅基点和深基点，其中浅基点深度为9 m，深基点深度为12 m，覆盖锚索支护范围。测量结果如图4。

图4 顶板离层监测结果

由图4 可知，顶板岩层较为稳定，整体离层量控制在22 mm 以下。其中浅基点离层量在12～15 mm，深部基点的离层量为8 mm，说明顶板的变形破坏主要集中在浅部顶煤及泥岩层，深部围岩相对完整。另外，顶板的离层时间主要集中在前7 d，15 d 后顶板离层速度降低，60 d 后保持稳定，说明该支护方案能够及时有效控制顶板变形。

2）顶板下沉量

采用十字布点法对顶板的变形情况进行监测统计，监测结果如图5。

图5 顶板下沉量监测结果

由图5 可知，1#测点的顶板最大下沉量为24 mm，2#测点的顶板最大下沉量为21 mm，整体位移较小，验证了该补强支护方案的合理性。

5 结论

庞庞塔煤矿9-8032 巷受9-801 工作面采动、迎采送巷和托顶煤掘进影响，巷道局部矿压显现明显，顶底板及两帮移近量大。为了保证工作面推进期间顶板安全，采用钻孔窥视仪，确定了需要补强支护的范围为1800～1955 m 之间，提出了“扩刷帮注浆+注浆锚索+顶板喷浆+架棚”的联合补强支护方案。巷道整体稳定性较好，保证了工作面的安全高效生产。