巷道冒顶区加固技术方案研究应用

金 蒙

（潞安集团高河能源有限公司，山西 长治 047100）

1 概述

潞安集团高河能源有限公司南翼西回风大巷位于矿井南部，设计长度5600m，南西回与南辅联巷设计长度50m（平距），南西回与南东回联巷设计长度200m（平距）。巷道断面规格为宽×高=5.7×4.15m，巷道掘进煤层为3#煤层，平均厚度为6.5m。煤层顶板为1.1m 泥岩伪顶，直接顶为1.2m粉砂岩—细砂岩，基本顶为17m 的细砂岩。

南翼西回风大巷在3115m 发生一处冒顶，顶板冒落长度约8m，最大宽度约4m，最大高度约5m，冒落石方约150m3，锚杆锚索破断，托盘外翻，金属网破裂，未冒处顶板悬顶。通过分析，制定了冒顶区加固技术方案。

2 冒顶区加固方案研究

2.1 冒顶区围岩观察

为了提高冒顶区围岩加固效果，掌握冒顶区围岩稳定情况，南翼西回风大巷冒顶区在加固前，首先对冒顶区围岩施工窥视孔，并对围岩裂隙发育情况进行观察。

（1）在冒落区南北两侧各布置了 3 个钻孔，钻孔深度为15m，直径为40mm。第一个钻孔布置在距冒落区45m 处，同一侧相邻两个钻孔布置间距为15m，钻孔垂直顶板布置。

（2）钻孔施工完后采用KDVJ-400 全景式钻孔电子窥视仪对钻孔壁围岩情况进行观察，并进行记录。

通过对6 个钻孔孔壁成像情况进行观察发现，在钻孔孔口往上0～1.9m 范围内围岩极其破碎，大量离层，丧失完整性；1.9～4.0m 范围内围岩破碎，离层，完整性差；6.4～6.9m 存在纵向裂隙；在6.9～12.7m 范围内围岩局部裂隙发育，存在煤线；12.7～15.0m，围岩完整。

2.2 冒顶区加固设想

（1）通过事先架设单体柱、木棚可以对冒顶区附近围岩起到初步支撑作用，提高主动承载能力，避免冒顶范围进一步扩大。

（2）采取初步架棚后，虽然有效遏制了冒顶范围进一步扩大，但是岩体内部破碎严重，围岩不稳定，失去承载能力，需要通过高预应力锚索进行加强支护。

（3）通过高预应力锚索支护，顶板有了一定的悬吊基础，提高了抗拉强度。在此基础上注浆施工可将冒顶区附近裂隙、离层岩体进行粘接，使不稳定岩体重新进行组合，构成完整的岩体结构，形成连续稳定的结构体，从而提高支护效果，提高围岩的稳定性。

3 冒顶区加固技术措施应用

3.1 冒顶区附近围岩加固技术

3.1.1 架棚施工

（1）为了提高冒顶区附近围岩稳定性，决定在冒顶区南北两侧各20m 范围内架设单体柱π 型梁棚和单体木柱棚进行支护。

（2）单体柱π 型梁棚架设间距为1.0m，单体木柱棚架设间距为2.0m，且交错布置。在南北两侧接近冒顶区5.0m 范围内，架设2 排木垛进行锁口。如图1 所示。

图1 南翼西回风大巷冒顶区南北两侧架棚施工平面示意图

3.1.2 高预应力锚索施工

顶板采取初步架棚后，岩体内部破碎和围岩层级不稳定性未得到有效控制，需要通过高预应力锚索进行加强支护。

（1）高预应力锚索采用长度为10m、直径为22mm 预应力锚索，锚索设计破断力550kN，延伸率为5%，锚索配套规格为长×宽=0.3×0.3m 拱形垫片。

（2）高预应力锚索采用“四.三.四”布置方式，锚索间距为1.6m，排距为1.8m。锚索在安装过程中外端套装注浆附件推入钻孔内，并将注浆管从锚索托盘中引出，采用锁具对锚索预紧。

3.1.3 注水泥浆

（1）首先采用MQT120 锚杆（锚索）钻机配套直径为36mm 合金钻头以及六棱钻杆联合进行钻孔施工，钻孔深度为7.0m。每排布置3 个钻孔，钻孔排距为2.0m，间距为1.6m，钻孔距帮为0.85m。

（2）钻孔施工完后对孔内安装注浆管，与水泥固定孔口注浆管进行连接且进行封孔处理。然后对钻孔内高压注入水泥浆，水泥浆采用水泥、水玻璃以及XPM 添加剂混合液，水灰比为0.6:1。

（3）注浆施工时采用全长一次性注浆，注浆压力为 3～5MPa。注浆过程中发现漏浆时必须堵漏或压水后复注，漏浆严重导致停注的区域应补打注浆孔。

3.2 冒顶区加固技术

冒落区南北两侧顶板加固后，依次按顺序拆除木垛，并在冒顶区北侧安装一部耙矸机出矸。待矸石全部出尽后，对冒落区施工高预应力锚索并架设工字钢棚并进行填充施工。

3.2.1 施工高预应力锚索

（1）将矸石堆顶部摊平后搭设脚手架，施工高预应力锚索。锚索长度为6.3m，直径为22mm，锚索抗拉强度为1860MPa，延伸率不小于5%。

（2）顶板每排布置5 根锚索，锚索间距为1.6m，排距为1.5m，锚索与顶板岩面垂直布置，锚索距原巷道设计顶板位置最小间距为0.8m。如图2 所示。

（3）高预应力锚索补打完成后，在锚索外露端依次安装钢筋网、托盘并采用锁具进行预紧，预紧力不低于300kN。钢筋网采用直径为6.5mm 圆钢焊接而成，网规格为长×宽=3.2×1.6m。

3.2.2 架棚填充施工

（1）架棚采用11#矿用工字钢，钢棚顶梁长度为5.5m，棚腿长度为4.5m，棚腿与顶梁成80°夹角，钢棚顶梁位置为原巷道设计顶板位置，钢棚架设间距为0.8m。钢棚架设完成后棚腿与帮、顶梁与顶板之间分别采用半圆木、道木背实绞紧。如图2 所示。

图2 南翼西回风大巷冒顶区架棚填充施工平面示意图

（2）同一架钢棚两根棚腿与顶梁之间采用一根长度为1.4m 斜撑连接，并对棚腿进行浇筑固定，浇筑高度不得低于0.15m。在相邻两架钢棚之间采用一组拉杆进行连接固定。

3.2.3 顶板喷浆

（1）在对冒顶区加固完毕后，采用喷射混凝土对冒顶区围岩裂隙进行封闭处理。混凝土喷射厚度为50mm，混凝土强度等级为C25。

（2）混凝土配比为水泥:砂子:石子=1:2:2。水泥采用型号为P.O 42.5MPa 普通硅酸盐水泥，砂子为颗粒径为0.5～2mm 中砂子。混凝土在搅拌时加入少量的速凝剂，掺入量为水泥的2.5%～5%。

4 结束语

南翼西回风大巷冒顶区加固完成后，通过对加固后冒顶区围岩进行45d 观察发现：在0～10d 范围内由于围岩应力处于不稳定状态，围岩塑性变形相对严重，在冒顶区及附近出现局部下沉现象，最大下沉量为0.18m；在10～30d 范围内集中应力对顶板垂直破坏作用减弱，顶板最大下沉量为0.08m；在30～45d 范围内顶板趋于稳定。采取加固措施后，后期未发生顶板冒顶现象，保证了煤矿安全生产。