掘进巷道过断层带应用人工假顶技术方案

(同煤集团煤峪口矿，山西 大同037041)

0 引言

随着我国经济高速发展，能源需求量也在不断扩大。虽然我国煤炭能源储存量比较丰富，但是由于各种外在因素给煤矿生产带来了不少阻力。例如在煤矿巷道掘进过程中，常常遇到地质煤岩断层带，使得煤矿巷道掘进工程效率降低。本文就某煤矿掘进巷道过断层带工程，设计运用一种人工假顶技术对破碎顶板进行控制，提高了破碎顶板的稳定性，提高了工程建设的效率，保障了煤矿安全生产。

1 煤矿井下断层的成因及影响

1.1 断层的成因

断层通常是指煤岩层在地质结构应力的作用下发生断裂并且出现滑移的一种地质现象。由于地壳结构的位移，造成煤岩地质层受到拉伸或者挤压，当煤岩所受的压应力或者拉应力超过其自身所承受的抗压或抗拉强度，地质煤岩层就会沿着应力方向出现断裂，随着所受应力的不断增大，断裂的两个部分就会发生相对位移，也就形成了断层。

1.2 断层的影响

在地质断层带附近往往容易出现顶板事故、透水事故、瓦斯事故等，尤其易出现顶板事故。因此较大的断层一般作为井田边界或是采区的边界，采区内的断层落差一般不大，但是对掘进巷道工程建设影响非常严重。通过大数据发现，无论多大的断层，都会出现煤岩破碎、冒落的现象，对工程建设的安全性和高效性带来严重影响。

2 工程概括

某煤矿21010 巷位于14＃煤层410盘区，北部为81008工作面（已采空），南部为81012 工作面（已采空），西部为410 盘区皮带巷、轨道巷、回风巷，东部为隔矿界煤柱，上覆11-12＃ 层81010工作面及上覆3＃ 层81012、81014、81016 工作面全部开采结束。巷道顶板为浅灰色粉砂岩与细砂岩互层，厚度为2.20-6.45 m，平均3.96 m。当掘进到650 m时，揭露一条正断层F9，断层落差1.5 m，倾角为55°。由于落差较大，巷道过F9 断层带时，顶板出现大面积破碎且伴有局部冒顶现象，位于700 m 段冒顶最为严重，冒顶高度达1.6 m，冒顶长度为3.2 m，冒顶区域成半球形，对冒顶区域采用传统的锚杆、锚索支护施工难度大，支护效果也不理想，容易引发安全事故。通过技术人员研究，决定采用人工假顶的方法进行维护控制。

3 施工工艺方案

3.1 人工假顶施工

(1) 对于该煤矿14＃ 层410 盘区21010 巷顶板破碎冒顶区域，人工假顶主要是由施工锚索吊棚、架设半圆木柱、注浆等工序组成。施工前确定施工地点顶板安全，并将施工材料预先整齐码放在施工地点附近，以备施工。

(2)首先进行施工的是锚索吊棚。每架锚索吊棚由三根长度为6 m，Φ21.6 mm 预紧力的钢绞线和一根长4.2 m的11＃ 工字钢组成。同时要在11＃ 工字钢上焊制孔距为1.8 m，Φ24 mm的圆孔。

(3)第一架锚索吊棚施工需在该矿21010 巷冒顶区域进向距1.0 m 处，采用锚索钻机在施工巷道顶板进行钻孔工序，孔深度为5.6 m，钻孔结束后在孔内填装一支MSK23/35型和两支MSKC23/60型锚固剂，接着将锚索塞入钻孔，并采用锚索钻机进行锚固，锚索锚固外露段控制在0.5 m 左右。

(4)锚索锚固后，吊挂11＃ 工字钢梁，钢梁与锚索之间通过钢托板以及锁具进行固定，钢梁固定后保持与顶板预留间隙0.2 m。

(5)第一架锚索吊棚施工工艺完成后，采取与第一架相同的工艺进行第二架、第三架施工，依次类推直至渡过冒顶安全区域1.0 m 后，停止锚索吊棚的施工，每架吊棚间间距为1.0 m。本次施工设计一共施工7 架锚索吊棚。

(6)为了防止注浆时出现漏浆，在锚索吊棚上方依次铺设金属网、风带、道木、半圆木，道木长为2.5 m，半圆木长度4.2 m，Φ0.3 m。为了确保人工假顶的稳定性，本次设计将金属网与吊棚之间采用8＃铅丝进行捆绑固定。

(7)第一层道木铺设完成后，在该层道木上方铺设半圆木工序，半圆木应垂直道木布置，半圆木间的间距为0.6 m，形成井字布置，半圆木与道木同样也采用铅丝进行捆绑紧固，半圆木铺设完成后再铺设道木，依次类推，直至接触到冒顶区域顶板为止。

(8)所有道木和半圆木铺设完毕后，MQ22 气动锚索拉紧器对锚索吊棚进行预紧。

3.2 注浆施工

为了进一步提高冒顶区域煤岩的稳固性，同时防止人工假顶区域出现瓦斯聚集现象，经作业技术人员研究，决定对人工假顶区域进行注浆填充作业。

首先对冒顶区边缘1m 处施工5个注浆钻孔，钻孔直径Φ42 mm，深度5 m。然后采用高压注浆泵向钻孔内注射马丽散粘剂，直至发现钻孔附近煤体出现浆液渗透时，立即停止注浆并封口。待注浆2小时后，采用专用气动注浆泵向假顶间隙注射膨胀剂。

3.3 架棚施工

为了提高人工假顶的稳定性，对人工假顶下方架设U29 可伸缩支架棚或者矩形棚进行二次支护。本次设计采用矩形棚。该矩形工字钢棚主要由两节棚腿梁及底座，一节顶梁组成。棚腿长度2.8 m，顶梁长4.0 m，架设间距为1.0 m。顶梁与两节棚腿进行卡揽固定并紧固，同时相邻两节棚腿采用拉杆固定。经工作技术人员研究，为了确保钢梁棚与人工假顶接触更加严密，对钢棚顶梁与该人工假顶纵梁之间的间隙用水泥背板填塞。

4 应用效果分析

某煤矿在掘进巷道遇到断层带时，通过人工假顶工艺施工后，经过3个月的观察记录，第一个月由于受到采动压力和重力的影响，巷道顶板出现一定的塑型变形，注浆区域压力稳定，人工假顶区域出现变形现象，最大下沉量达0.15 m，后两个月顶板压力得到平衡未发生形变现象。马丽散对高冒边缘破碎岩体进行粘合，提高了岩体整体稳定性，有效地防止了高冒区域的扩大。由于膨胀剂的填充，不但提高了人工假顶对冒顶的顶板支护，还有效地解决了冒落区形成的窝风区，降低了瓦斯聚集。

5 结束语

该煤矿410 盘区21010 巷在掘进巷道遇到断层带进行人工假顶工艺施工，有效地解决了顶板破碎，冒顶大，支护困难等一系列问题。提高了顶板的稳定性，保障了煤矿掘进生产的安全性以及工程建设的高效性，后期经过3个月的观察未发现异常，取得了较好的效果。