巷道掘进遇破碎顶板支护技术研究_郝永和.pdf

巷道掘进遇破碎顶板支护技术研究郝永和（山西焦煤汾西矿业集团公司安全监察中心，山西介休032000）摘要：山西某矿 3302 运输巷在掘进期间揭露有 F7 断层，在断层影响范围内巷道顶板破碎且构造应力集中，导致巷道顶板出现一定程度冒落、变形量大等问题。根据现场条件，提出使用注浆、组合锚索板对破碎巷道进行支护，通过注浆增强破碎顶板稳定性及承载能力，组合锚索板可充分发挥支护体系具备的刚度大、支护强度高以及支护面积大等优势，并对支护方案进行设计。现场应用后，3302 运输巷在破碎顶板内掘进时，顶板保持稳定，监测得到顶板、巷帮变形量在 15 mm、35 mm 以内，围岩控制效果较好。关键词：巷道掘进；破碎顶板；构造应力；围岩支护中图分类号：TD327.2+2文献标识码：A文章编号：1003-773X（2023）06-0256-020引言控制围岩稳定是保证巷道后续使用的基础，受煤层赋存条件、地质构造等影响，巷道掘进期间会遇到破碎顶板问题，给顶板支护、管理及后续掘进等工作带来一定挑战1-3。巷道在破碎顶板条件下掘进时，受地应力、掘进扰动以及顶板破碎等因素叠加影响，容易出现冒顶、漏顶等问题，若仅采用传统的支护方式无法起到预期围岩控制效果4-7。文中就以山西某矿3302 运输巷掘进断层破碎带为例，根据现场条件情况，在原有锚网支护基础上，增加使用注浆+锚索悬板支护方式，实现了破碎顶板有效控制。成果可为矿井其他巷道遇破碎顶板围岩支护提供经验借鉴。13302 运输巷概况3302 运输巷东为 3301 采空区，西为 3302 采面，南为井田边界，北为采区巷道。3302 运输巷长 1236m，采用 EBZ200 掘进机掘进，巷道宽度 4 800 mm、高度3 600 mm，沿着回采的 3 号煤层底板掘进。3 号煤层厚度 3.6 m，煤层赋存稳定，地质构造不发育，煤层顶底板岩性如表 1 所示。3302 运输巷采用锚网索支护方式，顶板一排布置 5 根规格 18 mm2 000 mm 锚杆，按照间距 1.0 m、排距 2.0 m 布置；锚杆采用宽 150mm、长 4 200 mm 的 W 钢带连接；布置 2 根规格17.8 mm5 300 mm 锚索，间距 1.8 m、排距 3.0 m 布置。巷帮用锚杆支护，间距 1.2 m、排距 2.0 m。现阶段 3302 运输巷已掘进 485 m，掘进揭露 F7断层，具体如图 1 所示。F7 断层与 3302 运输巷掘进方向有 78斜交，在 F7 断层影响范围内围岩破碎，导致 3302 运输巷在断层影响区内出现顶板变形量大、部分锚杆及锚索失效等问题，现采用的围岩支护方式难以有效控制破碎顶板变形，无法对破碎顶板围岩进行有效控制。经过技术研讨，决定在 3302 运输巷掘进过 F7 断层影响区（顶板破碎区）在原有支护基础上增加采用注浆、组合锚索悬板方式进行控制，以便实现巷道安全掘进及顶板变形有效控制。2破碎顶板支护技术2.1注浆加固为实现破碎顶板有效控制，采用注浆方式对破碎顶板进行加固，加固采用 MQC2.5/20 注浆泵，注浆材料选用马丽散浆液（配比为马丽散催化剂=11.05）。顶板注浆加固覆盖 F7 断层影响区，顶板布置 3个注浆孔，间排距 1 800 mm、5 000 mm，孔深 5 000mm、孔径 45 mm，中部钻孔垂直顶板、两侧钻孔与顶板间有 30外插角。注浆钻孔钻进完成后及时清理孔内煤屑及岩屑，在孔内埋入孔径 20 mm 注浆软管，并在孔口采用环形封孔器封孔；注浆软管一端与双液注浆泵连通，将马丽散与催化剂按照预先设计配比通过注浆泵混合；开启注浆泵将马丽散浆液注入到钻孔内，注浆按照先中部后两侧进行，单孔注浆压力在 35 MPa，时间保收稿日期：2022-08-04作者简介：郝永和（1993），男，山西汾阳人，毕业于东北大学安全工程专业，本科，助理工程师。总第 242 期2023 年第 6 期机械管理开发MechanicalManagementandDevelopmentTotal 242No.6，2023DOI:10.16525/14-1134/th.2023.06.104类型厚度/m岩性岩性特征基本顶 8.6细粒砂岩、石灰岩灰色，抗压强度 27.848.6 MPa直接顶 3.3砂质泥岩含泥岩，抗压强度 11.318.9 MPa直接底 2.5砂质泥岩灰黑色及深灰色，抗压强度 10.519.7 MPa基本底 6.4石灰岩灰黑色，节理发育，抗压强度 42.771.2 MPa表 13 号煤顶底板岩性图 1采面与断层位置示意图3302 回风巷3302 运输巷3301 采空区顶板破碎带3302 工作面采空区采区皮带巷采区运输巷采区回风巷F7 断层 H=1.7 m，42技术应用2023 年第 6 期持 1520 min。在注浆期间发现顶板或者巷帮煤壁出现浆液外渗时应及时停止注浆8-9。2.2组合锚索板支护在 3302 运输巷过顶板破碎带期间（F7 断层影响范围），采用组合锚索板对顶板进行补强支护。具体采用的组合锚索板结构包括有 1 块钢板（长宽厚=4 500 mm1 200 mm8 mm）、2 根加长锚杆（规格为22 mm3 500 mm）、4 根高强锚索（规格为 21.6mm8 300 mm）等。在靠近钢板两端、钢板中部及周边位置布置多个孔径在 25 mm 焊孔。在 3302 运输巷掘进至顶板破碎带时，采用锚杆钻机在顶板靠近巷帮 500 mm 位置施工锚杆钻孔，钻孔孔径 30 mm、孔深 3 500 mm，钻孔钻进完成后放入长锚杆、锚固剂锚固；将钢板装到锚杆下方并用垫片、螺母固定，固定后对锚杆施工扭矩，确保施加的扭矩在 250 N m 以上。通过钢板中部预留的焊孔施工锚索钻孔，锚索钻孔孔深 8 000 mm，采用锚索对顶板钢板进行悬吊，施加到锚索上的预紧力控制在 260 kN 以上。顶板破碎区组合锚索板布置间距为 250 mm，在组合锚索板间空隙位置按照 2 000 mm 间距布置 3 个卸压孔，直径 50 mm、孔深 5 000 mm。采用 30 mm、长度 400 mm 托架将紧邻的组合锚索悬板连接起来，起到相互保护作用。具体在 3302 运输巷在顶板破碎区组合锚索板施工布置情况如图 2 所示。3现场应用效果分析1）在 3302 运输巷掘进过顶板破碎区时对破碎顶板内注入马丽散进行加固，通过马丽散浆液将破碎顶板黏结，不仅可抑制破碎顶板裂隙扩展及延伸且降低掘进对破碎顶板扰动影响。对注浆后顶板岩体取样并进行抗压强度测试，发现注浆加固区内岩体抗压强度比非注浆区高 2 倍以上，通过注浆加固有效增加了3302 运输巷顶板破碎区整体承载能力及抗压强度，可在一定程度减少顶板下沉量。2）使用组合锚索板（组合锚索及钢板）对破碎顶板进行支护，增大有效支护面积，顶板支护面积可达到 3.4 m2，同时支护用的高强锚索锚固端位于顶板相对稳定的基本顶内，可起到较好的悬吊作用。在组合锚索板间布置卸压钻孔可在一定程度上释放 F7 断层影响区内构造应力，降低构造应力对破碎顶板支护影响。3）组合锚索板应用完成后，顶板下沉量大的问题得以有效解决，监测发现顶板最大下沉量控制在15mm 以内，巷帮变形在 35 mm 以内。4结语3302 运输巷在 F7 断层影响范围内掘进时面临的主要问题是顶板破碎、部分位置应力集中，导致顶板出现一定程度冒落、下沉量大等问题，给巷道正常掘进及后续使用带来影响。原有的支护方案支护强度低，无法适应破碎顶板围岩控制需要。为此，矿井通过技术研讨提出使用注浆、组合锚索板方式对破碎顶板进行控制。通过破碎顶板注浆可提高顶板整体性及稳定性，降低掘进扰动影响、顶板离层及下沉量；采用组合锚索板可充分发挥支护面积大、支护强度高以及刚度大等优点，对破碎顶板进行高强支护；在组合锚索板间施工卸压孔可在一定程度释放构造应力，减少应力集中程度。现场应用后，3302 运输巷在顶板破碎区内掘进时顶板及巷帮变形分别控制在 15 mm、35 mm 以内可满足使用需要。参考文献1张沛.破碎顶板巷道围岩支护优化及应用J.能源与节能，2022（4）：149-151.2王磊.破碎顶板巷道注浆锚索加固机理与应用J.煤炭技术，2022，41（4）：28-31.3郭忍.破碎顶板大断面煤巷支护技术研究J.机械管理开发，2022，37（2）：95-96.4梁鑫.大断面巷道软岩破碎顶板支护技术研究J.山西冶金，2022，45（1）：295-296；299.5刘鹏亮.松软破碎顶板回采巷道支护技术优化J.山西能源学院学报，2022，35（1）：7-8；11.6王平.巷道断层区破碎顶板支护优化应用J.江西煤炭科技，2022（1）：36-38.7乔畅.掘进巷道破碎顶板支护技术应用分析J.山东煤炭科技，2021，39（8）：94-96.8张泽平.巷道掘进过断层破碎顶板支护技术研究J.当代化工研究，2021（10）：61-62.9杨存兵.掘进巷道破碎顶板支护技术的应用J.机械管理开发，2021，36（4）：180-181.（编辑：王婧）1加长锚杆；2泄压孔；3圆钢托架；4组合锚索；5预应力钢铰线；6钢板图 2组合锚索板布置示意图（单位：mm）1236452501 2002 0002 0004 500（下转第 262 页）郝永和：巷道掘进遇破碎顶板支护技术研究257机械管理开发第 38 卷3）打眼前，对所用开关、风钻、钻杆进行安全检查，确认钻杆完好，开关、风钻手柄灵活、可靠，方可使用。4）打眼前，作业人员必须将衣袖扎紧，灯戴好、灯线栓好，防止与转动部位缠住。5）施工过程中，必须严格按措施的规定确定锚杆、锚索眼位，并作好标记。6）打眼时，首先要将钻具的管路理顺，人员要相互配合好，并且开机先开水，停机后停水。7）安装锚杆、锚索前要确保孔距、孔深、符合措施的要求，不符合规定的要进行处理和更换。5结语在倾斜综采工作面末采支护作业中北辛窑矿通过深入研究，成功应用了高强度聚酯纤维柔性网与锚杆，锚索相互配合的联合支护工艺，该工艺不仅简单易操作、易维护，而且安全性稳定性较好，能很好地满足综采工作面末采支护需求，达到较好的支护效果，可为类似工况下的综采工作面末采安全快速支护提供参考。参考文献1陈依琛.特厚煤层综放工作面末采回撤支护技术实践J.山东煤炭科技，2021，39（9）：60-62.（编辑：王慧芳）Study on the Joint Support Process of End-Mining at 8405 Header Working Face ofBeixinyao Coal IndustrySong Wenjie（Jinneng Holdings Coal Group Beixinyao Coal Co.,Ltd.,Xinzhou Shanxi 036702）Abstract:In view of the complex geological conditions of 8405 header working face and the problem of difficult support at the end ofmining,based on the project profile and roof condition of 8405 header working face,the preparation work of support at the end of mining isintroduced,the process of support at the end of mining is discussed,the joint support process of polyester fibre net,anchor rod and anchorcable can be used for support at the end of mining is proposed,and some safety support measures are summarized.Through thecomprehensive application of these measures,the 8405 heaving workface has achieved safe and rapid support for late mining,and hasachieved a good support effect.Key words:8405 header workface;end-mining support;ester fibre mesh;safety measuresApplication of Mechatronics CNC Technology in Coal Mining Machine Shell MachiningDu Lipeng（Zhenchengdi Mine,Shanxi Xishan Coal and Electric Power Company Limited,Taiyuan Shanxi 030203）Abstract:In order to further improve the processing efficiency and quality of coal mining machine and ensure that it can adapt to themining needs of comprehensive mining face,taking the processing of coal mining machine rocker arm and traction section shell as anexample,the principles of coal mining machine shell processing process route are proposed based on the analysis of its shell structurecharacteristics and processing characteristics;on the basis of the above study,the CNC processing process route of coal mining machineshell is designed,and finally the The high quality and high performance coal mining machine shell obtained on the basis of high efficiencymachining.Key words:CNC machining;rocker arm;traction section;process route;efficient manufacturing（上接第 259 页）Research on Support Technology for Broken Roof in Tunnel ExcavationHao Yonghe（Safety Supervision Center of Shanxi Coking Fenxi Mining Group Co.,Ltd.,Jiexiu Shanxi 032000）Abstract:During the excavation of 3302 transportation roadway,F7 fault was exposed.Within the influence range of the fault,the roof ofthe roadway was broken and the structural stress was concentrated,resulting in a certain degree of roof caving and large deformation.According to the on-site conditions,it is proposed to use grouting and combined anchor cable plates to support the broken roadway.Through grouting,the stability and bearing capacity of the broken roof can be enhanced.The combined anchor cable plate can fully utilizethe advantages of the support system,such as high stiffness,high support strength,and large support area.The support plan is alsodesigned.After on-site application,when the 3302 transportation roadway was excavated inside the broken roof,the roof remained stable,and the deformation of the roof and roadway side was monitored to be within 15 mm and 35 mm,indicating good control effect ofsurrounding rock.Key words:tunnel excavation;broken roof;structural stress;surrounding rock support（上接第 257 页）262