蹬空、沿空掘进巷道破碎复合顶板控制

蹬空、沿空掘进巷道破碎复合顶板控制

葛维浩孙晨张国林胡阳张波顾桥矿

淮南矿业（集团）有限责任公司安徽淮南232150

摘要：蹬空沿空工作面由于受到多次采动影响，巷道掘进期间，矿压显现剧烈，主要表现为：顶板岩性破碎、顶板离层量比较大、底鼓严重、两帮位移量大、断锚杆（索）等。根据顾桥矿投产以来数据分析，蹬空沿空掘巷道进顶板离层一般在可控范围内，基本能满足工作面正常和才回采的需要。但1123（3）轨顺1700—1900米段，在巷道掘进过程中，压力显现明显，顶板破碎，顶板离层不仅速度快，而且离层量大（最大超过200mm），严重影响安全生产。根据该段顶板破碎离层情况，采取综合治理措施，使该段顶板得到有效控制。

关键词：蹬空；沿空；顶板破碎；顶板控制

1、工程概况

1.1概况

1123（3）工作面井下位于北一下山采区中上部，为顾桥矿北一13-1下山采区第三个工作面。上阶段1122（3）工作面已回采完毕，下阶段1124（3）工作面未掘进，下伏的1123（1）工作面已回采，下伏相邻的1124（1）工作面正在回采。1123（3）轨顺，与1122（3）采空区留8米隔离煤柱，所以为典型的蹬空沿空掘进工作面。

1.2支护方式

1123（3）轨顺采用锚网索支护方式：巷道顶板采用7根IV级左旋螺纹钢超高强预拉力锚杆加M5型钢带、10#菱形金属网联合支护，锚杆规格为Ф22－M24－2800mm，锚杆间距810mm，排距900mm；M5型钢带长5.2m。巷道两帮采用竖向5根左旋螺纹钢等强预拉力锚杆加3.2m长M5型钢带、10#菱形金属网联合支护，锚杆规格为Ф22－M24－2500mm，锚杆间距为750mm，排距900mm。在顶板每排锚杆中间位置和顶板两侧各布置一套高预应力锚索梁，钢绞线规格为Φ21.8mm×7700mm，钢绞线下铺设2.6m的T2型钢带，钢带上三眼孔，间距1.1m，即“3-3”加两侧走向布置。

由于1123（3）轨顺是蹬空沿空掘进工作面，煤柱侧帮围岩应力较大，掘进期间巷道围岩应力释放极易引起巷道变形，根据沿空掘巷对小煤柱帮的加固经验，小煤柱内锚索对围岩施加水平约束，使煤柱的稳定性和承载能力大幅提高，控制巷道围岩的变形。因此对1123（3）轨顺小煤柱帮设计施工锚索加强支护。（见图1）

图11123（3）帮部锚索梁支护示意图

2、巷道破碎离层的原因

2.1巷道矿压显现情况

1123（3）轨顺1700米—1900米段煤层松软、顶板破碎，矿压显现明显，在小煤柱测巷道超宽处形成大的网兜，顶板离层在3--5天内最大离层80mm，顶板锚索拉断、载荷观测值归零（失锚），底鼓严重，两帮位移量大，顶底板位移量最大达1710mm。特别是顶板离层速度快、离层量大，如果控制不好，很有可能引起冒顶事故发生。

2.2原因分析

根据工作面压茬回采情况、地质构造、顶板岩性结构变化结合施工情况进行分析，引起矿压显现明显的原因有以下几个方面：

图2受拉、剪破坏的锚索

动压影响

由于其下伏的1123（1）工作面和相邻的1122（3）工作面回采时间短，压实期短，所以1123（3）轨顺掘进仍然受采动影响比较大，加上1123（2）煤柱位于1123（3）轨顺里侧2.0米，容易引起不均衡沉降导致围岩岩层产生层间滑动，支护锚索被拉、剪断（见图2）

3、地质因素

1、位于褶区的转折端及轴部，受构造应力影响，煤层松软，导致小煤柱承压能力下降；

2、顶板结构发生较大变化：1123（3）轨顺顶板为厚层复合顶板，正常情况下，其顶板浅层岩性比较稳定为3.0米左右的泥岩，顶板锚杆锚固范围没有软弱夹层，利于巷道开挖支护后巷道顶板的稳定，但在该巷道1700m—1900m段，其顶板结构发生较大变化，在顶板锚杆锚固范围和锚固段发育两层软弱夹层（煤线），使锚杆锚固力下降产生离层（见图3），而软弱夹层的发育，是锚杆支护的组合梁功能大大降低。

破碎段顶板结构正常段顶板结构

图3顶板结构的变化

4、人为因素

1、巷道施工过宽，加大了顶板的压力

2、超宽的地段没有支护到位，形成网兜，加速顶板破碎范围的扩大。

3、破碎复合顶板控制技术

3.1采取措施

综合分析针对引起复合顶板破碎的原因，采取以下措施：

首先进行临时支护，在小煤柱侧肩窝形成网兜地段施工挑梁，控制网兜的发展，防止发生漏冒；然后在巷道靠近皮带机纵梁施工一排挑梁，同时在巷道顶板距离巷中两侧各550mm各施工两排走向锚索梁，与挑棚一起承重；最后对小煤柱及顶板施工注浆锚杆并注浆加固，提高小煤柱的承重强度和顶板组合梁的加固再造。下面重点介绍一下中孔注浆锚杆注浆加固情况

3.2中孔注浆锚杆注浆加固技术

注浆加固前首先对该段巷道进行喷浆封闭围岩，喷浆材料（水泥：黄沙：瓜子片）1：2：2，水泥采用Pc32.5水泥。喷层厚度为70mm～100mm，以盖住金属网为准。利

用中空注浆锚杆进行注浆，中空注浆锚杆主要由杆体、止浆塞、托盘、螺母等零件组成。

图4中空注浆锚杆

1、施工安装程序

（1）中空注浆锚杆安装施工前须用水或压风将岩孔内的岩屑、浮土清除干净；

（2）用锚杆钻机将中空注浆锚杆杆体旋进钻孔，然后依次安装止浆塞、托盘、螺母等附件；

（3）注浆管路与中空注浆锚杆尾部相连，同时上料配注浆液；

（4）启动注浆泵进行注浆。

2注浆参数

顶板注浆间排距2500×2500mm，孔深2500mm，（如图5所示），中孔注浆锚杆规格Φ24mm×5mm×2500mm，孔口加丝外露50mm，封口用Z2380锚固剂，封口段长200mm。沿空侧帮部注浆间排距1000×2500mm，第一排距顶板500mm，孔深2500mm，锚注锚杆规格Φ24mm×5mm×2500mm，孔口加丝外露50mm，封口用Z2380锚固剂，封口段长200mm。水泥采用Pc42.5水泥，水灰比0.4—0.5，注浆压力6MPa。打眼时先标出锚注孔位，严格按照设计孔位、孔深、孔的角度施工，眼位误差不大于50mm，角度误差不大于15°。将注浆锚杆用Z2380锚固剂锚固：先将锚固剂拌好后包在注浆锚杆上，距离加丝侧50mm，然后将注浆锚杆送入孔内，封堵严实，封堵后待锚固剂来劲后方可注浆，以确保注浆时有足够的锚固力注浆时，由下而上，钻一个孔，安装一次锚杆，注一次浆，原则上5m范围内打一注一，严禁多孔集中注浆。

图5注浆孔布置图

3支护效果监测及分析

对段巷道内36#、37#、38#三个矿压观测站离层状况进行长期观测，并将观测结果汇总如图6所示：

图636#、37#、38#观测站离层值随时间变化曲线

通过对3个测点深浅点离层值对比分析可知，巷道顶板离层主要存在于浅部；36#、37#、38#测点在巷道开挖以后便处于加速、匀速再加速的离层状态；锚注加固前36#浅深离层94mm，156mm，37#浅深离层80mm，114mm，38#浅深离层160mm，190mm，锚注加固后截止目前36#浅深离层96mm，158mm，37#浅深离层83mm，116mm，38#浅深离层162mm，208mm。采取加强支护后，该段巷道离层值变化逐渐变小，而锚注加固后该段巷道顶板离层趋于稳定，控制效果显著。

五、结论

1、特殊地段巷道掘进一般锚网索的支护方式已经不能满足巷道支护要求应选择高强度，高刚度级别的支护形式并合理控制刚性支护时间才能有效控制巷道围岩变形，特别是巷道的初期变形。

2、锚注加固固结破碎围岩配合锚网索支护可形成有效支护结构，并及时封闭围岩，减少空气、水对围岩的风化软化作用，在该类巷道支护效果明显。

参考文献

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作者简介

葛维浩（1977-），男，工程师，2001年毕业于淮南工业学院采矿工程专业，现在淮南矿业集团顾桥煤矿从事掘进技术工作。