人工假頂工藝在近距離過巷掘進的應用

耿新新

（霍州煤電集團呂梁山煤電有限公司方山店坪煤礦，山西 呂梁 033100）

1 概述

霍州煤電集團呂梁山煤電有限公司方山店坪煤礦2112巷位于830水平南翼，東為830回風巷、軌道巷、皮帶巷，西至井田邊界，南為實體煤，北與9-209回采面相鄰（正在回采）。2112巷設計長度1157m，巷道設計斷面規(guī)格為寬×高=4.8×3.0m。巷道掘進煤層為9#煤層，平均厚度為3.0m，煤層結構復雜，一般含夾矸2～3層，夾矸厚0.2～0.35m。巷道煤厚為2.8～3.1m，煤層傾角為1～10°。煤層頂板為砂質泥巖、細砂，底板為砂質泥巖。

2112巷從830皮帶巷開口施工，以17°仰角上山掘進，巷道掘進30m后施工巷道過830軌道巷底板，兩巷層間距1.7m，巷道繼續(xù)掘進35m后揭露9#煤層頂?shù)装?，然后?#煤層頂?shù)装迤叫芯蜻M。為了保證2112巷過巷施工安全，合理分析了過巷施工存在的技術難題，提出人工假頂?shù)姆椒▽^巷段頂板進行維護。

2 過巷掘進施工技術難題

（1）層間巖體難以預留。由于2112過830軌道巷底板時，兩巷層間距為1.7m，830軌道巷底板主要以炭質泥巖及煤層混合巖層為主，平均厚度為3.2m，巖體平均單軸抗壓強度不足20MPa，巖體穩(wěn)定性差，易破碎，無法形成穩(wěn)定的承載梁，2112巷在掘進時受巷道開挖應力以及830軌道巷行車、行人震動影響，兩巷層間距預留難度大，很容易發(fā)生頂板垮落事故。

（2）支護難度大。由于兩巷層間距小，采用傳統(tǒng)錨桿、錨索支護時很容易出現(xiàn)穿層現(xiàn)象，錨桿（索）無法進行穩(wěn)定錨固，導致錨桿（索）錨固失效，起不到懸吊支護作用。若采用密集工字鋼棚支護時，鋼棚頂梁對不穩(wěn)定頂板易產生切頂破壞，很容易導致頂板破碎、冒落。

（3）巷道掘進效率低。受兩巷間不穩(wěn)定巖體影響，2112過巷期間采用傳統(tǒng)機械化掘進無法保證巷道施工安全，需采用分層松動爆破施工，單茬掘進進度為1.0m，從而嚴重制約了巷道掘進效率。

3 2112巷過巷期間支護技術

為了保證2112巷過巷施工安全，提高過巷段頂板穩(wěn)定性，通過研究決定對過巷段施工人工復合假頂，并通過支設工字鋼棚對復合頂板進行加固。

3.1 人工復合假頂施工

（1）當2112巷掘進至距830軌道巷5.0m處時巷道停止掘進，在830軌道巷的2112巷過巷段進行起底施工。起底規(guī)格為長×寬×深=6.0×4.5×1.7m，起底時采用松動爆破施工工藝，松動爆破炮孔深度為0.8m，每孔裝藥量為300g，采用正向裝藥方式，每次允許爆破炮孔數(shù)量為5個。

（2）830軌道巷起底后，在起底坑內依次鋪設風帶布、密集工字鋼梁以及HDPE阻燃土工復合網。工字鋼梁沿軌道巷走向布置，鋼梁長度為6.0m，在鋼梁兩端各焊制一個直徑為25mm圓孔，鋼梁鋪設后采用兩根錨索將所有鋼梁進行固定。起底處共計鋪設40根鋼梁。

（3）鋼梁鋪設完成后，在鋼梁間隙處安裝三排串拉錨桿，錨桿長度為1.6m，直徑為22mm，每排3根，錨桿排距為2.0m，間距為1.5m。

（4）串拉錨桿安裝后，對起底處進行混凝土澆筑，混凝土配比為水泥:沙子:石子=1:2:2?；炷撩繚仓穸?00mm鋪設一層復合網，澆筑期間采用內燃混凝土單頭震動泵進行震動，混凝土澆筑厚度為1.7m，澆筑后保證澆筑面與830軌道面平整。

（5）澆筑后，在每一根串拉錨桿外露端安裝一根長度為0.6m工字鋼梁，并采用鎖具將其與澆筑面固定，人工復合假頂施工完成。如圖1所示。

（6）830軌道巷起底澆筑后，2112巷開始繼續(xù)掘進。在過巷掘進時將掘進機每循環(huán)割煤深度降低為1.0m，掘進后保證澆筑面完全揭露且作為2112巷過巷段頂板。為了加強人工假頂穩(wěn)定性，2112巷過巷掘進完成后在過巷段架設工字鋼棚進行加固，鋼棚架設間距為1.0m，共計架設6架。

圖1 人工復合假頂施工斷面、平面示意圖

3.2 人工復合假頂優(yōu)點

（1）穩(wěn)定性強。與傳統(tǒng)薄煤層軟巖頂板相比，人工假頂采用混凝土澆筑，抗載荷性強，能夠滿足上水平巷道運輸、行人需要，提高了頂板穩(wěn)定性，而且該人工假頂施工工藝可用于任何復雜地質條件下，實用性強。

（2）蠕變性小。由于2112巷過巷段人工假頂安裝了多層HDPE阻燃土工復合網，該化學材料具有低延伸率、抗疲勞機老化性強、蠕變性小等優(yōu)點，與澆筑混凝土具有較強的嵌鎖力，保證了人工復合假頂長期處于穩(wěn)定狀態(tài)，避免了假頂出現(xiàn)變形、斷裂、蠕變現(xiàn)象。

（3）降低了支護成本費用。人工假頂一次性成型，與傳統(tǒng)支護工藝相比減少了頂板錨桿、錨索、注漿等支護，簡化了頂板支護工藝，降低了支護成本費用，縮短了支護時間，提高了巷道掘進效率。

4 結語

針對2112巷掘進中要近距穿過830軌道巷底板，提出了人工復合假頂代替?zhèn)鹘y(tǒng)頂板支護的施工方案。實際應用發(fā)現(xiàn)，與傳統(tǒng)預留薄煤巖層頂板相比，人工復合假頂穩(wěn)定性高，解決了預留近距離煤巖層時，頂板支護難度大、穩(wěn)定性差等技術難題，保證了巷道掘進安全，該施工工藝為類似巷道掘進提供了借鑒意義，取得了顯著應用成效。