李江飞

（晋能控股煤业集团公司，山西 大同 037001）

巷道掘进过程中受断层、陷落柱等构造应力影响，破坏了巷道围岩整体稳定性，导致巷道顶板围岩裂隙发育，若巷道支护不及时或支护强度不足,易造成顶板围岩裂隙扩张破坏，在围岩内形成岩体松动圈；随着应力持续破坏作用，围岩松动圈范围不断扩大，最终导致顶板破碎、冒落等事故发生[1]。对于巷道破碎顶板主要采用密集锚杆（索）或工字钢棚进行联合加强支护。但巷道顶板围岩破碎后支护锚固效果差，导致顶板支护体失效现象严重，起不到预期支护效果。本文以5310 巷为例，对巷道掘进期间顶板破碎区支护主要存在问题进行分析，并根据实际生产情况，提出了合理有效联合支护措施。

1 概述

塔山煤矿三盘区5310 巷位于三盘区西翼，巷道东部为5311 巷，南部为井田边界，西部为8310工作面，北部为盘区大巷，见图1。5310 巷设计长度为900 m，巷道设计断面规格为宽×高=4.5 m×3.5 m，巷道掘进煤层为山西组4#煤层，煤层平均厚度为3.52 m，巷道从盘区皮带巷开口沿3#煤层底板掘进，截止目前巷道已掘进531 m。

图1 5310 巷平面布置

根据钻探资料显示，5310 巷掘进至525 m 处位于巷道西部42 m 处存在一条陷落柱X1，陷落柱水平投影成近似椭圆状，陷落柱长轴长为32 m，短轴长为19 m，陷落柱长轴与5310 巷成23°夹角，陷落柱与5310 巷最短垂直距离为26 m。受陷落柱应力及巷道掘进应力影响，巷道掘进至525 m 处位于陷落柱侧顶板出现局部破碎现象，随着巷道不断开拓延伸，巷道掘进至531 m 处时顶板破碎严重，顶板出现严重下沉现象，最大下沉量达0.44 m，且受顶板破碎影响，顶板锚杆（索）支护锚固效果差，支护失效率达11%，无法对顶板进行有效支护作用。

2 应力区原顶板支护问题分析

2.1 原顶板支护设计

5310 巷原顶板主要采用“锚杆+W型钢带+单锚索”联合支护：

（1）顶板锚杆与W型钢带配套使用，锚杆长度为2.5 m，直径为22 mm，W型钢带长度为4.2 m，宽度为0.25 m，巷道每掘进1.0 m 顶板布置一排钢带及锚杆，每排5 根，锚杆间排距为1.0 m。

（2）顶板锚索采用长度为5.3 m，直径为17.8 mm预应力钢绞线，每排布置三根单锚索，锚索间距为1.8 m，排距3.0 m，每根锚索外露端安装一块规格为长×宽=0.3 m×0.3 m 拱形钢托板。

2.2 原支护问题分析

（1）受陷落柱应力传递破坏作用，5310 巷顶板出现破碎现象，而传统锚杆、钢带、锚索支护对巷道横向岩体起到单向支护作用，一旦顶板出现应力显现后对于同一排锚杆（索）之间无任何联锁支撑作用，相邻两排钢带之间岩体出现破碎、冒落现象[2]。

（2）传统锚杆（索）支护主要在岩体内施工支护钻孔，然后对钻孔终孔位置填装锚固剂，通过钻机带动支护体高速搅拌锚固剂并快速凝固，最后在支护体外露段安装承载机构并施加预应力，从而达到锚杆（索）悬吊支护的作用；但是当顶板出现破碎后，在顶板岩体内形成围岩松动圈，随着应力不断破坏作用，松动圈范围扩大至支护体锚固端时，很容易造成支护锚固失效现象，降低了锚杆支护效果[3]。

3 巷道应力区顶板联合支护技术应用

为了阻止应力区顶板破碎区范围扩大，加强支护体锚固效果以及提高锚杆（索）联动支护作用，决定对应力区顶板支护进行优化，采用“注浆+圆钢托架”联合支护技术。

3.1 注浆加固技术

（1）5310 巷掘进至531 m 处开始对顶板施工仰斜注浆钻孔，每排施工3 个（1#～3#），钻孔深度为5.0 m，仰角为60°，间距为2.0 m，钻孔直径为45 mm，其中两帮钻孔（1#、3#）与巷帮成45°夹角。

（2）注浆钻孔施工完后清理钻孔内煤岩屑，然后在钻孔孔口处安装一个长度为0.5 m 环形封孔器，以及一根直径为20 mm 注浆软管，最后对封孔器打压膨胀完全封堵孔口。

（3）将注浆软管外露端与双液注浆泵连接，并进行注浆施工，为了降低注浆成本费用，提高注浆效果，注浆材料采用水泥浆与水玻璃混合液，注浆压力控制在1.0～1.6 MPa范围内。

（4）在注浆施工时单孔注浆量为35 kg,单孔注浆时间为15 min，注浆完成后拔出注浆软管并及时采用止浆塞进行封孔器中部孔封堵。注浆2 h且确定注浆液完全凝固后施工巷道方可继续掘进[4]。

3.2 圆钢托架联动支护技术

（1）圆钢托架联动支护原理

在巷道顶板或煤壁相邻两排锚杆（索）之间采用特制圆钢托架进行联锁控制，在应力作用下当围岩出现破碎下沉时，圆钢托架可对两排支护体之间岩体进行控制维护，同时当前一排锚杆（索）失效时后一排锚杆（索）可通过托架对失效锚杆（索）实现联动保护作用，从而降低围岩支护失效现象，解决了破碎围岩线性或点性锚杆（索）支护时支护联锁保护性能差、失效现象严重等技术难题。

（2）圆钢托架联动支护施工

①5310 巷破碎顶板围岩注浆加固后，对顶板施工锚杆（索）、钢带、金属网等永久支护，顶板钢带更换为“JW”型钢带，钢带长度为4.2 m，宽度为0.38 m，钢带排距为0.8 m，每根钢带配套5 根加长螺纹钢锚杆（1#～5#），锚杆长度为3.5 m，直径为22 mm。

②相邻两排钢带施工完后在第一根钢带的1#、4#锚杆与第二根钢带的2#、5#锚杆之间对应安装一根长度为1.0 m 圆钢托架；该圆钢托架主要由直径为22 mm 中空圆钢焊制而成，圆杆两端为扁平状并焊制一个直径为25 mm 支护孔。

③同样将将第二排钢带的2#、5#锚杆与第三排钢带的1#、4#钢带之间安装两根圆钢托架，见图1；圆钢托架成“W”型迈步式布置，直至巷道完全过应力区破碎区[5]。

④优化后顶板锚索更换为长度为7.0 m，直径为21.8 mm 多股高强度钢绞线，每排布置三根，锚索间距为1.8 m，排距缩小为1.6 m，锚索外露端安装一根长度为0.8 m，宽度为0.38 m“JW”型钢梁。

图2 5310 巷应力区破碎顶板圆钢托架联动支护平面

4 结论

1）截止2020年1月21日5310 巷已掘进570 m，已完全通过X1陷落柱应力影响区。对应力区顶板采取联合支护措施后，在应力区顶板处安装了一台YH-300 型数字显示离层仪，通过15 d顶板岩体观察发现，在0～6 d范围内受顶塑性变形影响顶板出现局部下沉现象，下沉量为0.14 m，在6～12 d范围内顶板下沉量逐渐减小，12 d后顶板趋于稳定。

2）通过对顶板采取联合支护措施后，大大提高了顶板岩体稳定性，控制了应力区顶板破碎现象，提高了顶板锚杆（索）支护效果，通过对应力区锚杆（索）进行拉拔试验发现，锚杆（索）支护合格率达98%以上，与原支护相比，锚杆失效率降低至2%以下。