松软破碎围岩掘进防冒顶技术措施

     苏桥煤矿于2005年12月开始基建，矿井设计年产量21万吨，开采二迭系童子岩组含煤地层。由于区域推覆构造的作用，复盖在童子岩组地层上面的是地质时代较老的栖霞灰岩和石炭系林地组砂砾岩。破坏性巨大的推覆构造导致矿区内断裂极发育，缓断层、高角度断层互相交错叠加，构造的破坏表现为多期次活动及活动的强烈性，特别是复盖在童子岩组之上的林地组砂砾岩与栖霞灰岩受F0断层(F0断层破碎带宽0.2~50m不等，断面两翼破坏波及面广，断层局部导水性较强,靠近灰岩且形成溶洞)切割的影响，导致砂砾岩极其破裂，原生的结构整体性、稳定性遭到严重破坏，裂缝破碎带长期受地表水的浸蚀及地表泥砂的填充，也致使该区域地层风氧化带深度深、强度大，局部的围岩就象是由一块一块的孤石夹伴泥沙堆积在一起。由于苏桥煤矿+360上部井巷工程处在该恶劣破碎地层的范围之内，且设计断面主要为大断面的车场、三岔门，工程量大。因此，巷道的正常掘进和支护面临着重重困难。如何采用可行的安全技术措施，保障施工进度，防止发生冒顶事故，确保施工安全，是摆在筹建处全体工程技术人员面前的一项艰难的课题。本文以苏桥煤矿+360上部井巷工程掘进，遇林地组冲击层破碎围岩为例，对松软破碎围岩掘进防冒顶技术措施进行分析，以供恶劣破碎地层掘进施工借鉴。

    一、主要技术方案及措施

    1、采取控制爆破技术。针对施工中围岩破碎情况，采用控制炮眼深度、间距，严格控制装药量(局部周边眼装药量控制1/5～1/2节)，必要时增打周边空眼，采用切割预裂爆破技术，降低爆破对围岩的破坏程度。

    2、采用巷道两翼及上部超前，中下部滞后的施工方法。通过采取这一措施，使中下部围岩自然抵御迎头片帮，起到了控制围岩暴露面积，缩短围岩暴露时间的作用，降低了工作面初期的支护难度，为工作面的正常支护赢得宝贵的时间。

    3、采用金属锚杆超前护顶、前探梁超前支护措施，控制顶板垮落，确保施工安全。由于工作面岩性总体为孤石堆积，一旦掉落一块，必将接二连三，且静压与冲击状态对支架的受力性能差别巨大，因此，控制巷道断面以外的岩石冒落成为该技术应用的关键所在!施工中，我们采用3.5m长钻杆凿眼， 25×3m焊接管作为锚杆材料，锚杆间距视情况控制在0.25m～0.4m，排距控制在1.2m～2.0m，通过采取这一措施，使工作面的顶帮孤石均处在锚杆和支架的控制之内，有效地控制了顶板冒落，降低了岩石冒落对支架的冲击力，结合采用超前支护，保障了施工安全。

    4、加强支架的整体性。在金属拱架间设置4～5根 16钢筋结合螺帽固定的拉杆，视情况补打支架间的纵向竖向支撑等，降低支架的架设难度，保证支架的架设安全，显著提升了支架的整体稳定性。

    5、合理选择支护强度。原设计采用15～18kg/m钢轨拱架，其受力性能较差。经论证，采用9#矿工钢作为支架材料，矿工钢拱架连接位置根据各作业地点原始条件情况灵活选择，使矿工钢拱架在满足支护强度的前提下尽可能达到方便现场操作；此外，根据各地点巷道压力情况，适当控制棚距，并酌情增设竖撑等，棚距由原常规的1000mm调整为600～800mm，保证支架强度满足要求。

    6、适时采用短掘短砌施工方法。主斜井+360交岔点及+360主平峒局部极破碎，巷道压力巨大。对此，及时组织短掘短砌施工方法，确保支护强度，避免了冒顶后患。

    7、坚持一次成巷。施工地段围岩极破碎、断面大、淋水大，一次成巷施工难度极大。对于是否一次成巷施工，筹建处组织了多次的技术研讨，展开了激烈的争论，基本形成了一次成巷的共识。对于主、副斜井斜面三岔门的施工问题，采用通过绳道口开掘的方式，结合松软岩层防冒顶施工技术，实现了一次成巷施工。此后，该矿井巷工程全部实施一次成巷施工，避免了二次扩刷可能造成的冒顶隐患，减少了二次支护成本和施工难度。

    8、加强现场施工安全技术管理。针对各施工段的围岩破碎情况，适时组织现场跟班技术指导，保障作业地点退路畅通，做好必要的退路、支护防范等工作，为松软破碎带岩层掘进的施工安全保驾护航。

    二、取得成效

    1、确保施工安全。通过采取上述措施，使所有的作业人员均能在支架及锚杆的保护下进行作业，确保了施工人员的生命安全。

    2、减少冒顶工程量。刚开工时(2005年12月)，在主斜井+360施工通道施工中，由于未采取以上施工技术，平均每米巷道冒顶量为2.82m³。从2006年元月份开始采取以上施工技术，延米冒顶量为0.335m³(主要是在+360主平峒距峒口83～91m处，由于断面大，围岩象孤石堆积在一起，压力大，金属拱架间距1m，支护强度不够，造成冒顶224m³)。减少冒顶量1549m³。

    3、显著降低坑木耗。施工初期，由于经验不足，选择的支护间距为1m，使用18kg/m钢轨，支护强度不够，2005年2月13日在+360主平峒开口约80m处，发生长度8m的冒顶，接顶使用 14×4m 木柱267根、板皮800块，耗用坑木共计30.16m³；+360主平峒前段80m共用坑木111.52m³，延米耗用坑木1.394m3。采取防冒顶措施后延米耗用坑木0.61m³，按660m计算，节约坑木517.44m³。

    4、保障施工进度。在+360上部井巷工程，设计断面主要为车场、三岔门，断面跨度大的情况下，每月平均单进达65m。

    5、稳定职工队伍。在施工初期，由于未采取以上安全技术措施，对顶板冒顶控制能力差，施工安全受到严重威胁，且施工进度慢，导致个别职工产生惧怕畏缩情绪，自采取安全技术措施后，施工安全得到保障，至今为止，合同工稳定率达100%。

    6、一次成巷的效果。按设计断面一次成巷，减少二次扩刷时应力加大、顶板管理难度加大而产生的冒顶。在前期的主斜井+360斜面三岔门施工中，没有一次成巷，而是采用小断面掘进后扩刷成巷，产生大冒顶，处理了一个月半。

    7、节约投资成本。以上施工技术的实施，仅上列的减少冒顶工程量1549m3以及节约坑木耗517.44m³，就创造效益1549m³×220元/m³+517.44m³×650元/m³=67.72万元。

    三、结束语

    总结苏桥煤矿松软破碎围岩掘进施工的经验教训，我们认为，对松软破碎围岩的井巷掘进施工，必须严加控制顶板，防止产生冒顶现象，一旦产生冒顶，将大幅度加大处理难度，且作业人员必须在空顶下装顶,操作安全难于得到保障。通过实践的检验，采用上述的安全技术措施及一次成巷施工方法,能满足安全生产的需要，技术上可行、经济上合理、安全上可靠，可供恶劣破碎地层掘进施工借鉴。