牛剑韬

（高平市煤炭安全生产中心，山西 高平 048000）

1 概述

晋能控股煤业集团四明山煤矿9104 运输顺槽位于一采区南翼，巷道沿9#煤层顶板掘进，9104运输顺槽掘进断面规格为宽×高=4.5 m×3.7 m。9#煤层倾角为2°～10°，视（相对）密度为1.49 t/m3，真（相对）密度为1.63 t/m3。9#煤层厚度1.51～1.93 m，平均厚度1.60 m，无夹矸，结构简单，普氏硬度系数：煤f=1～2。煤层顶底板岩性见表1。

表1 9104 运输顺槽掘进的9#煤层顶底板岩性表

2 巷道原支护设计及存在问题

2.1 原顶板支护设计

9104 运输顺槽原支护采用锚杆+钢筋网（塑料网、菱形网）+锚索联合支护。

（1）锚杆形式和规格。锚杆由MSGLW-400钢材制成，杆体直径为20 mm，长度为2.4 m，杆尾螺纹长度为100 mm，直径为22 mm，锚杆排距1.2 m，每排6 根锚杆，锚杆间距0.95 m。锚杆采用树脂加长锚固，采用两支树脂锚固剂，一支规格为MSK2335，另一支规格为MSZ2360，预紧力矩不低于300 N·m。

（2）锚索支护。顶板锚索采用9 股预应力钢绞线，锚索排距3.6 m，每排打设2 根锚索，间距1.6 m，距顶角1.8 m（2-0-0-2 布置）；锚索直径17.8 mm，长度6.3 m。锚索托盘采用300 mm×300 mm×16 mm 的高强度拱形托盘，配套使用调心球垫，要求托盘承载力大于353 kN。

（3）护表构件。顶板采用Φ6 mm 钢筋焊接钢筋网进行护表，网格尺寸为100 mm×100 mm，钢筋网长度为2.6 m，宽度为1.3 m。铺网时相邻两片钢筋网采用叠加连接方式，叠加宽度为0.2 m，采用14#铅丝五花连接。

2.2 巷道掘进现状

9104 运输顺槽采用机械化掘进工艺，巷道已掘进至620 m 处。由于掘进巷道上部为3#煤层采空区，层间距为27 m，巷道掘进前已对上覆采空区进行探放水，基本消除上覆采空区积水影响。巷道掘进至603 m 处时巷道顶板出现局部淋水现象，预计是3#煤层与9#煤层之间岩体裂隙残留积水，顶板淋水量为0.83 m3/h，对巷道掘进影响不大。但巷道进入顶板淋水区后，由于直接顶为砂质泥岩，岩体在淋水浸泡作用下出现“软化”现象，岩体由原来的层状结构变为泥状结构，岩体单轴抗压强度不足25 MPa，导致原顶板支护时支护失效率高达11%，伴随着顶板下沉、破碎现象。

3 顶板淋水区支护优化

为了进一步提高淋水区顶板围岩稳定性，提高支护质量，保证巷道安全快速掘进，决定对淋水区顶板支护进行优化，在原顶板支护的基础上，增加了“注浆+锚索架棚”联合支护技术[1-5]。

3.1 注浆加固

顶板采用浅深孔注浆加固工艺，深孔注浆使巷道围岩形成注浆帷幕圈，控制裂隙水渗入顶板岩体内，浅孔注浆主要对顶板支护区围岩进行加固重组。

（1）深孔布置参数：① 顶板共计布置5 个深孔（钻孔编号为1#～5#），钻孔开口位置位于巷道设计顶板位置，布置间距为1.1 m，所有钻孔布置仰角为60°，钻孔深度为8.0 m，直径为40 mm。其中1#钻孔与巷帮偏角为60°，2#钻孔与巷帮偏角为30°，3#钻孔与巷帮偏角为0°，4#、5#钻孔与1#、2#钻孔对称布置。② 帷幕注浆孔施工完后，对钻孔内安装注浆花管，注浆花管长度为1.5 m，直径为38 mm，花管两侧均匀布置注浆射孔，每个钻孔内安装一个帷幕注浆花管。

（2）浅孔布置参数：① 顶板支护区共计布置3 个注浆浅孔（钻孔编号为a、b、c），钻孔开口位置位于顶板往下1.0 m处迎头煤壁上，钻孔间距为1.5 m，钻孔直径为40 mm，深度为4.0 m。② 其中a、c 钻孔为两帮钻孔，钻孔与两帮夹角为45°，b 钻孔与两帮夹角为0°。

（3）注浆工艺：① 顶板浅深孔施工完后进行注浆施工，注浆时先进行深孔注浆后进行浅孔注浆，注浆前对钻孔内安装注浆软管并对钻孔进行封孔，深孔封孔长度为6.0 m，浅孔封孔长度为1.0 m。②钻孔封孔后将注浆软管与专用注浆泵进行对接，最后进行注浆施工，注浆液采用聚氨酯化学材料。

3.2 锚索架棚支护

为了进一步提高淋水区顶板稳定性，降低顶板下沉现象，决定对不稳定围岩区架设锚索棚。

（1）9104 运输顺槽架设的锚索棚主要由棚腿、JW型顶梁、底座、固定锚索等部分组成，如图1所示。棚腿长度为3.7 m，由槽钢焊制而成，棚腿顶部焊接一个凹槽，主要用于安装顶梁。

图1 9104 运输顺槽锚索棚支护断面示意图（mm）

（2）JW 型顶梁长度为4.2 m，宽度为0.35 m，厚度为8 mm，抗载荷强度为650 MPa，钢梁上均匀布置5 个锚索支护孔，孔间距为1.0 m，安装时顶梁及棚腿凹槽采用卡缆进行固定。固定锚索长度为7.0 m，直径为21.8 mm。

（3）锚索棚支护顺序为：施工锚索钻孔→安装JW 型顶梁→安装棚腿。锚索棚安装后必须保证顶梁与顶板接触严实，同时保证棚腿与顶梁之间具有被动支护效果，钢棚架设间距为2.0 m。

（4）为了有效监控架棚区围岩变形情况，每隔3 架锚索棚安装一套围岩监测装置。围岩监测装置主要由顶板下沉监测仪和巷帮位移监测仪两部分组成，围岩监测装置安装JW 型顶梁下方，当围岩变形时可通过装置实时监测变形量。

4 结论

（1）淋水区围岩采用深孔注浆加固后，围岩外部形成扇形注浆帷幕圈，对内部围岩起到封堵作用，有效阻止了裂隙水侵入。现场观察表明：深孔注浆加固后，巷道在后期掘进过程中顶板淋水量降低至0.17 m3/h；同时，对围岩采取浅孔注浆后，支护区围岩得到有效加固，实测注浆后顶岩单轴抗压强度提高至45.5 MPa，顶板支护失效率降低至3%以下。

（2）通过对不稳定围岩架设锚索棚，提高了顶板抗压能力，在围岩变形前锚索棚为主动支护，当围岩出现变形时锚索棚在主动支护的同时实现被动支护，提高了锚索棚支护效果，对围岩变形、下沉起到有效的控制作用；通过安装在锚索棚下方的监测装置进行围岩变形监测发现，巷道在后期掘进过程中顶板下沉量控制在0.16 m 以下，两帮收敛量控制在0.23 m 以下。