巷道留顶区安全支护技术应用

苏江波

（山西焦煤霍州煤电集团安全管理中心，山西 霍州 031400）

1 工程概述

霍州煤电集团三交河煤矿205 回风顺槽井下位于+850 m 水平南翼，工作面东侧20 m 为10-203 采空区，西侧为实体煤，南端为实体煤，北端为下组煤辅助运输巷。205 回风顺槽正巷及系统巷总长度为1750 m，其中系统巷150 m，正巷1600 m，巷道沿10#煤层底板掘进。10#煤层厚度为1.6～2.0 m，平均煤厚1.8 m，煤层厚度稳定，夹矸为泥岩。顶底板岩性见表1。

表1 205 回风顺槽掘进煤层顶底板岩性表

205 回风顺槽系统巷设计断面规格为宽×高=4.3 m×3.3 m，巷道从原204 运料绕道开口施工系统巷AB 段，巷道掘进20 m 后按设计右拐弯施工CD 段，施工长度为90 m，如图1。

图1 205 回风顺槽系统巷平剖面示意图（mm）

2 巷道掘进现状

2.1 掘进及运输系统

1）205 回风顺槽系统巷采用EBZ260 型掘进机掘进，采用2 部SSJ-800 型带式输送机与盘区带式输送机联合出煤，其中第一部输送机安装在原203运输顺槽机头段，长度为60 m，第二部与第一部搭接。二部输送机机尾安装在系统巷开口处，采用防爆耙岩机装煤至带式输送机上运出。

2）系统巷AB 段沿10#煤层底板掘进，掘进到位后以4°上山掘进CD 段，掘进30 m 后进入下组煤辅助运输巷，层间距为1.5 m。巷道过辅助运输巷顶板后以7°下山掘进，直至与回风巷贯通。

2.2 巷道掘进现状

2021 年7 月12 日205 回风顺槽系统巷CD 段掘进42 m，巷道已过辅运巷里9.5 m。地测科在38 m 处给定3#控制点，控制点共计3 个，主要控制巷道掘进中线及腰线，中线为进向左帮为1.84 m，进向右帮为2.46 m，腰线为线上0.6 m，线下为2.7 m；巷道掘进至42 m 处时实测腰线线上为2.3 m，腰下为2.6 m，巷道超高1.3 m。若按目前巷道掘进高度需以11°下山掘进方可与回风巷贯通。

若巷道按11°下山掘进时掘进坡度大，巷道短，巷道后期掘进撤退难度大且不利于煤矸运输及正常通风，因此巷道掘进至37 m 处开始留顶扫底掘进，初次留顶高度为0.6 m，具体留顶方案如下：

1）初次留顶高度为0.6 m，首先在顶板下方0.6 m 施工一排超前支护，支护体采用直径30 mm 圆钢，每排布置8 根，布置间距0.6 m，在留顶区迎头煤壁布置一排护帮。

2）对留顶区煤壁支护完成后，掘进机机头从超前支护下方进行掘进，当掘进0.9 m 后及时施工一排锚杆支护。为了保证巷高，留顶后掘进机后退至34 m 处进行扫底，确保腰线高度为2.7 m。依次类推直至留顶后腰线点至顶板高度为0.6 m，需3次留顶。

3）由于受不稳定性直接顶影响，巷道在初次留顶时出现顶板垮落，巷道迎头出现“倒三角”煤柱，造成留顶区锚杆（索）支护失效严重。

3 留顶区支护及施工工艺优化

由于留顶区围岩失稳严重且伴随着冒漏现象，采用传统锚杆、锚索支护效果差，无法实现顶板预留，决定对原顶板支护进行优化，采用“斜孔注浆+改良管棚支护+双L 型锚索钢棚+人工假顶”联合支护技术[1-5]。

3.1 斜孔注浆

为了实现一次性留顶，决定留顶高度为1.7 m，并对留顶区不稳定岩体采取斜孔注浆加固。

1）注浆斜孔布置。205 回风顺槽系统巷迎头留顶区岩体上共计布置2 排，第一排布置顶板下方0.5 m 处，第二排布置在顶板下方1.5 m 处。钻孔深度为5.0 m，直径为45 mm。

2）每排布置3 个注浆孔，钻孔间距为1.5 m，上排钻孔以30°仰角布置，两边钻孔以20°水平角布置，下排钻孔垂直煤壁布置。

3）注浆钻孔施工完后，对钻孔内安装注浆软管并安装止浆塞，采用注浆泵进行注浆施工。注浆材料采用高强度硅酸盐水泥与水玻璃混合浆液。

3.2 改良管棚支护

传统超前管棚支护在支护过程中虽然起到梁效应，但是在实际支护过程中当上覆岩体出现破断、下沉时，管棚支护会出现严重变形现象，超前支护效果差，所以决定对留顶区施工改良管棚支护。

1）改良超前管棚支护主要由中空钢管、槽钢、螺母等部分组成。中空钢管长度为3.0 m，直径为30 mm，一端设置为销尖状，另一端设置为丝扣结构；槽钢长度为1.5 m，宽度为0.12 m，钢梁上焊制3 个支护孔，孔直径为30 mm，间距为0.6 m。

2）管棚支护施工工序如下：① 先在设计留顶位置施工一排超前管棚支护，每排布置15 根，布置间距为0.25 m；② 施工完管棚支护后，在每3 根管棚端头安装一根槽钢，采用螺母进行固定；③ 槽钢垂直管棚布置，槽钢与留顶煤柱之间采用1 根长度为2.0 m 锚杆进行固定。

3.3 L 型锚索钢棚

1）管棚及注浆施工完后，开始沿预留顶板掘进，掘进深度为0.5 m，掘进后及时对顶板施工一排W型钢带。为了控制留顶区肩角煤垮落，对留顶后前10 m 范围内施工5 排双L 型锚索钢棚。

2）双L 型钢棚每组2 架，钢棚采用12#槽钢焊制而成，长边长为2.2 m，短边长为1.5 m，长边上焊制3 个锚索支护孔，孔间距为1.0 m，短边上焊制一个锚索支护孔，位于短边中部。每组L 型钢棚长边端头采用插销式对接，对接后端头锚索孔重合。

3）双L 型钢棚具体施工工序如下：① 留顶后每掘进1.8 m 施工一组双L 型钢棚，首先将2 架钢棚对接并采用2 根长度为8.3 m、直径为21.8 mm的恒阻锚索将其固定在顶板上；② 同一组钢棚对接后，在对接处施工一根锚索，对L 型钢棚短边安装1 根长度为4.3 m、直径为21.8 mm 的恒阻锚索，锚索以15°仰角布置。

3.4 人工假顶施工

由于留顶高度为1.7 m，巷道在后期掘进过程中留顶台阶处很容易出现窝风瓦斯积聚现象，决定对留顶台阶处施工人工假顶。

1）留顶台阶位于巷道CD 段42 m 处，在巷道34～42 m 处施工人工假顶，人工假顶采用工字钢吊棚、W 型钢带、钢筋网、道木进行联合施工。

2）首先在假顶区施工4 排锚索吊棚，吊棚布置间距为2.0 m，第一架吊棚施工距留顶台阶0.5 m处，第一架吊棚施工高度为1.7 m，第二架施工高度为1.3 m，第三架施工高度为0.9 m，第四架施工高度为0.5 m。

3）4 架锚索吊棚施工完后，在其上方依次铺设W 型钢带及钢筋网，W 型钢带每排布置2 根，每根长度为4.0 m，共计铺设钢带5 排。每片钢筋网长度为2.5 m，宽度为1.5 m。

4）钢带铺设完成后，对上覆镂空区铺设“井”字型木垛，道木长度为1.2 m，宽度为0.15 m，每排布置3 组，每2.0 m 施工一排，共计施工3 排木垛。如图2。

图2 205 系统巷超高留顶区支护剖面示意图（mm）

4 结语

1）采用注浆加固法，对留顶区不稳定围岩二次胶结重组，提高了围岩内摩擦角及自身承载强度，煤岩体单轴抗压强度提高至35 MPa，为后期一次性留顶奠定基础。

2）对留顶区施工改良超前管棚支护，解决了传统管棚支护在应力作用下出现变形、超前支护效果差等难题，实现了超前支护与永久支护协同支护的目的。

3）与传统锚索棚相比，双L 型钢棚支护强度高，在对顶板支护过程中可联锁控制肩角煤柱破碎、垮落现象。通过现场实际应用效果来看，巷道预留顶板过程中肩角煤柱未出现垮落。

4）对留顶超高区施工人工假顶后，解决了超高区瓦斯积聚现象，提高了超高区顶板承载强度，避免了超高区顶板在留顶台阶切顶作用下出现顶板断裂、垮落现象。