冉 斌

（霍州煤电晋北煤业公司， 山西 忻州 035100）

引言

为了保证煤矿开采效率，应当保证回采巷道的质量，但是由于巷道的实际环境所限，经常会出现断层或者破碎等现象。尤其是部分挖掘区域，岩层不仅强度低，而且间隙较大，因此容易出现垮塌以及渗透等事故，不仅如此，由于岩层的特性，使得其维护起来较为困难，不仅影响了巷道的正常工作，也给施工人员的安全造成了威胁，不利于施工成本的控制。霍州煤电集团某矿31 采区2 号回风巷道在施工过程中需要经过F2 断层破碎带，因此巷道当前存在顶部跨度较大、片帮严重以及变形量较大等现象，使得巷道难以正常使用。根据理论基础，结合该工程的实际情况，拟定使用超前管棚支护+喷射混凝土得方式进行临时支护，保证短期的使用性能，使用锚杆+锚索+金属网+π 型钢梁进行长期支护，保证巷道的跨度等参数能够在较长的时间内处于标准范围内，保证了开采工作的顺利进行。

1 某矿31 采区2 号回风巷概述

31 采区2 号回风巷开口位置位于31 采区2 号回风巷出煤联巷口向北109 m（正中）处的巷道西帮。这一巷道作用范围为31 区。

该巷道穿过区域的煤层厚度十分稳定。断层大约在巷道240 m 后产生影响。整个巷道横截面呈矩形，毛断面宽5.2 m、高3.5 m，净断面宽5 m、高3.5 m，巷道总长度为534 m。巷道的开口处采用人工开口的方式，开口超过15 m 后，使用机器继续进行深入挖掘。

2 原巷道支护方案

当前巷道前240 m 采用临时支护+永久支护的方式进行支护。

1）临时支护为管式前探梁临时支护。临时支护管采用钢管以及放片帮机构配合的形式，逼帮板同放片帮装置采用挂钩相配合，保证安装的稳定性。具体措施为，巷道横向采用钢卡将逼帮板挂在顶板锚杆之上，并且增加一块护顶板，护顶板随着巷道的挖掘而前行，起到辅助支护的作用，护顶板应当采用铰接的形式提高其可靠性。

2）永久支护采用金属网+锚杆+锚索+钢筋托梁联合支护。锚杆主要负责顶板的支护，规格为长2 400 mm、直径22 mm，固定位置为端头处，固定要求锚杆与顶板呈90°，两侧锚杆与顶板呈80°。6 根锚杆为一组，相邻锚杆之间的间距为900 mm，整排锚杆的距离为1 000 mm。钢筋托梁采用焊接的方式完成，焊接的结构宽80 mm、长4 800 mm。防护网采用10 号铁丝作为材料，网孔大小50 mm×50 mm，网片尺寸5 400 mm×1 100 mm，重合区域为200 mm，顶帮之间采用14 号铅丝双丝双扣的形式进行连接，保证互相之间连接的准确性。锚索直径21.8 mm、长7 300 mm，采用端头进行固定，整排的长度为1 000 mm，包含14个锚索，结构为2-3-2-3-2。具体布置方式如下：第一排前3 根分别打在巷道左右帮1 m 处以及中间位置，第二排前两跟则分别向后顺延0.5 m，保证连接的可靠性以及支护的稳定性[1]。

巷帮支护采用的锚杆长2 000 mm、直径20 mm，整排锚杆的长度为1 000 mm，每排锚杆共计4 根。锚杆同巷帮之间的夹角为90°，两端的锚杆同帮部夹角为80°。钢筋托梁焊接而成，宽80 mm、长3 300 mm。防护网采用的材料以及网孔尺寸同顶板支护一致，网片的规格根据实际需求调整为3 200 mm×1100 mm，连接方式不发生变化。

具体支护方案如下页图1 所示。

图1 31 采区2 号回风巷掘进过程中的原支护方案（单位：mm）

当前这类支护方式对于前部的支撑效果较好，但是无法满足断层区域的支护要求，当前断层区域采用此种支护方式，每层片帮十分严重，顶板跨度较大，施工安全难以得到保障，临时支护的要求也无法满足。为了分析变形的原因，采用检测的方式对于巷道的情况进行检测，根据检测结果不难看出，当前的支护方式造成顶板和两帮的位移量超过标准值，因此需要设定新的方案保障巷道的支护效果，能够用于断层的支护[2]。

3 断层破碎区巷道的改进支护方案

根据现有支护方式的不足之处，拟定使用超前管棚支护+喷射混凝土进行临时支护。主要原因是喷射混凝土能够使较为散碎的煤层黏接在一起，使巷道能够被整体的支护起来，降低因为整体性较差导致的跨度较大现象，并且黏结性较好的煤层力学性能也会相应的增加。具体施工方式如下:首先在当前的施工位置前方断面进行钻孔、扫孔。扫孔完毕后打入钢管，相邻钢管的间距为300 mm，钢管超出断面500 mm。超出部分同钢架相连接。掘进处的煤层十分的破碎，因此最大掘进量为4.5 m，完成该掘进量后进行混凝土喷射，根据实际需求选用C20 混凝土。

永久支护方案是在原方案的基础上对于不足之处进行了完善，采用金属网+锚杆+锚索+型钢梁联合支护的方式。具体措施如下:

1）顶板锚索在现有基础上增加两个，间距适当扩大。主要原因是通过锚索数量的增加，使得破碎的煤层具有更好的整体性，使得锚索覆盖的煤层更加稳定；

2）锚杆间距缩短300 mm、直径变为26 mm，使得锚杆的抗剪切能力更强；

3）焊接的钢筋更改为π 型钢梁，使得钢筋的支护更加有效，整体结构更加紧固，并且此类钢筋对于顶板跨度的限制更加有效[3]。

改进后的支护方案具体示意图如图2 所示。

图2 31 采区2 号回风巷掘进过程中的改进支护方案（单位：mm）

4 应用效果分析

在巷道掘进过程中，对于新方案进行为期1 个月的监测，检测顶板以及两帮的变形量进行参数的记录。图3 为巷道300 m 以及340 m 处变形图。根据变形图不难发现，采用新方案之后，顶板以及两帮的变形量均有所下降，同原有方式相比分别下降了9.9%，15.3%。此外，新方案对于破碎煤层的掉矸和片帮现象作用效果显著。使用该种支护方式，不仅能够保证整个巷道的支护效果，也能够保证整体支护维持的周期较长，整个工程能够顺利的实施。

图3 31 采区2 号回风巷在300 m 处和340 m 处变形规律图

截至2021 年9 月，31 采区2 号回风巷道的工作面已经掘进至380 m 处，顺利通过了F2 断层破碎带区域，巷道围岩整体性增强。如图4 所示为巷道在断层破碎区改进支护方案前后的顶板和两帮的最大变形量。

图4 31 采区2 号回风巷在破碎区改进支护方案前后最大变形量对比图

5 结语

在31 采区2 号回风巷掘进工作面经过断层破碎带时，采用开挖后才进行施工的管式前探梁临时支护和金属网+锚杆+锚索+钢筋托梁联合永久支护出现了许多工程问题，不利于工程安全和高效进行。经过分析，采用超前的管棚支护+开挖后喷射混凝土的临时支护，并对永久支护中的锚索数量等进行了改进，取得了良好的工程效果。