井巷揭(穿)特厚煤层联合超前支护及复合永久支护的应用

井巷揭（穿）特厚煤层联合超前支护及复合永久支护的应用淮南矿业集团潘集第三煤矿安徽淮南 232096
（一）背景技术
根据地质预报，潘三矿-730～-960m联络斜巷（下段）22°下山掘进过程中，将揭露并穿
过预计厚度达10m的4-1煤，而4-1煤松软、易片、易冒，稳定性差，自承能力差，瓦斯含
量及涌出量均较大，顶板及瓦斯管理非常困难。

如果采用传统的超前锚杆（撞楔）及架棚+喷浆支护对顶板进行超前及永久支护，则极
易出现爆破时顶板冒落、接顶或架棚时顶板二次冒落、冒落造成瓦斯超限、架棚支护后短期
内U棚变形严重造成巷道无法使用等问题。

这样，既无法确保施工时顶板及瓦斯安全，又会因接顶拖慢施工进度，降低劳动工效，
同时需多次巷修方可满足巷道在未来几十年间的正常使用。

为解决以上问题，我们想到了，视巷道顶底板及迎脸煤层赋存情况、顶帮及迎脸煤岩层
完整稳定情况，选择采用超前注浆提高煤岩层稳定性、抗压强度、自承能力，选择采用加固
型组合预裂金属骨架+超前锚杆联合超前管理顶板，选择采用锚索网+套棚+喷浆联合对顶板进行永久支护。

（二）具体实施方式
1、考虑巷道施工进度的要求，若巷道顶板处于软弱煤岩层中，顶板破碎、完整性差时，我们选择超前注能够快速凝固成型的加固型久米纳，以提高煤岩层抗压强度、自承能力及稳
定性。

采取循环压茬式注加固型久米纳超前加固顶板及两帮，掩护掘进。

使用奥机或风动钻机
在迎脸上部巷中及左右肩胛沿掘进方向各水平施工一个深度3.6m的眼孔，眼孔间距1.8m；
在巷道左右拱基线处（若帮部完整稳定，可不施工），与水平夹角22°、巷帮夹角30°各施工
一个深度3.6m的眼孔；然后在5个眼孔内分别装入L=3.5mPVC注浆管，并封孔1m，最后用
气动泵将久米纳A、B料注入眼孔内。

开窝时，在巷道左右肩胛处，与水平夹角60°、沿掘进
方向各增加施工一个3.6m的眼孔进行注浆以确保开窝时顶板安全。

所揭煤层全部进入巷道
顶板后，可根据煤层顶底板与巷道顶板的层位关系，调整眼孔与水平方向的夹角。

预计注浆
加固范围约5m，注浆加固完毕后方可进尺，允许进尺约4m后，再进行注浆加固，依此循环作业。

-730～-960m联络斜巷（下段）揭煤期间，以注浆孔为中心，煤层中超前注浆，浆液扩
散范围约为2～5m，岩层中超前注浆，浆液扩散范围约为1～3m，故根据浆液扩散程度，可
调整注浆孔施工数量及位置。

根据现场注浆情况，取煤层注浆时浆液扩散范围最小值2m，通过绘制示意图可知，在
区域1处迎脸施工3.6m深注浆孔，注浆后可确保区域2范围掘进时，区域2顶板锚杆均可
锚固在注浆加固区域，确保锚杆锚固效果，同时，对区域1部分顶板区域内的超前支护及永
久支护锚杆进行再次加固（锚固），对区域3预掘进巷道部分顶板区域提前加固。

超前注浆加固顶板，增强了围岩的抗压强度及自承能力，提高了顶板的完整性、稳定性，为加固型组合预裂骨架的加固锚杆、超前锚杆以及锚索网永久支护创造了良好的锚固条件，
确保了其锚固有效性。

同时，迎头注浆加固，浆液扩散，又将迎脸后方顶板永久复合支护作用下的超前锚杆、
金属骨架与迎脸前方围岩粘结成一个整体，也将迎头即将施工的超前锚杆、金属骨架锚杆与
后方永久复合支护连为一体，加强了迎头前方巷道围岩的整体性、完整性、稳定性，为即将
施工的超前锚杆、骨架及骨架加固锚杆提供了更为有效的锚固条件，进一步提高了预裂金属
骨架及超前锚杆超前管理顶板的能力，确保顶板安全。

2、综合考虑煤层层位、巷道顶底板位置及加固型组合预裂金属骨架中加固锚杆在顶板
稳定岩层中的锚固长度（不小于1.2m），选择一种或多种超前管理顶板的方法超前管理顶板：（1）所揭煤层顶板位于巷道拱基线上1.3m（即巷道正顶至两侧各60°夹角处）至所揭煤
层顶板到达巷道顶板范围内，采用超前注浆+加固型组合预裂金属骨架两种超前支护方法联
合对该范围含煤段顶板进行超前管理。

（2）所揭煤层顶板位于巷道顶板至所揭煤层顶板到达巷道顶板向上法距1.1m范围内，
采用超前注浆+加固型组合预裂金属骨架两种超前支护方法联合对巷道两侧拱基线向上0.5m
至正顶范围内的顶板进行超前管理。

（3）所揭煤层顶板到达巷道顶板向上法距1.1m至所揭煤层底板到达巷道顶板向上法距2.3m范围内，采用超前注浆+加固型组合预裂金属骨架+超前锚杆两种超前支护方法联合对巷
道两侧拱基线向上0.5m至正顶范围内的顶板进行超前管理。

（4）其它掘进范围，视顶帮及迎脸煤岩层完整、稳定情况，可采用加固型预裂金属骨
架或超前锚杆等一种或多种超前管理顶板的方法超前管理顶板，必要时也可采用超前注浆方
式超前管理顶板。

（5）若巷道帮部煤岩体完整稳定性差、易片落，也可超前注浆或加固型预裂金属骨架
或超前锚杆等一种或多种超前支护方法超前管理帮部。

a加固型组合预裂金属骨架：
超前注浆后，套棚前，按照间距200mm、沿掘进方位、与巷道顶板10°夹角，施工预裂
金属骨架（采用φ22×2400mm锚杆，配用1卷K2550树脂锚固剂），金属骨架穿过迎头顶部永久支护钢筋网片前端（形成组合预裂骨架结构），骨架外露不超过300mm，外露部分采用双股10#扎丝绑扎固定在后方永久支护的金属网片或锚杆上，然后垂直于顶板按间距600mm
施工加固锚杆，配用150×500mm垫板（垂直于掘进方向放置），
压在组合预裂金属骨架外端，将其固定在顶板上，以加固组合预裂金属骨架。

同时，预裂骨架的密集眼孔可给予爆破提供预裂面，使巷道成型更符合安全生产标准化
的要求，爆破落煤矸量降低，减少了出货时间，缩小了进尺循环周期,提高了进尺速度。

b超前锚杆：
超前锚杆（φ22×2400mm）穿过迎头第一排网片末端(若架棚，则从迎头第一架U棚棚梁
顶梁上沿穿过，且密贴棚梁，锚杆尾部密贴迎头向后第二架棚梁下沿），与巷道掘进方向顶
板呈15°～45°仰角打入，采用1卷K2550树脂锚固剂进行锚固，外露不超过300mm，采用双股10#扎丝绑扎固定在后方永久支护的钢筋网、耙片、U棚或锚杆上。

3、综合考虑煤层层位、巷道顶底板位置及锚索锚固段在顶板稳定岩层中的长度不小于
1.2m，选择一种或多种支护方式进行永久支护：
（1）所揭煤层顶板位于巷道拱基线上至所揭煤层底板到达巷道顶板向上法距6m范围内，必须采用锚索网+套棚+喷浆复合支护方式对顶板进行永久支护。

（2）其它掘进范围，视巷道围岩完整稳定情况，可采用锚索网喷支护方式对顶板进行
永久支护，也可采用锚索网+套棚+喷浆复合支护方式对顶板进行永久支护。

（三）有益效果
1、揭（穿）煤期间，与采用常规超前锚杆超前支护顶板相比，超前注浆+加固型组合预
裂金属骨架+超前锚杆联合超前支护好处多多：
1）超前注浆增强了围岩的抗压强度及自承能力，提高了顶板的完整性、稳定性；
2）超前注浆后，同时采用加固型组合预裂金属骨架与超前锚杆两种方法超前管理顶板时，两者间锚杆间距为100mm，交错布置，且金属骨架与超前锚杆头尾相连，互为压茬。

同时，迎头注浆加固，浆液扩散，将后方顶板永久复合支护作用下的超前锚杆、金属骨
架与迎脸前方围岩粘结成一个整体，这也将迎头即将施工的超前锚杆、金属骨架锚杆与后方
永久复合支护连为一体，进一步加强了迎头前方巷道围岩的整体性、稳定性，为即将施工的
超前锚杆、骨架及骨架加固锚杆提供了更为有效的锚固条件，进一步提高了预裂金属骨架及
超前锚杆超前管理顶板的能力，确保顶板安全；
3）预裂骨架的密集眼孔给予爆破提供预裂面，使巷道成型更符合安全生产标准化的要求，爆破落煤矸量降低，减少了出货时间，缩小了进尺循环周期，提高进尺速度及工效；
4）避免发生掉顶事故，确保了顶板、瓦斯管理安全，同时避免了因掉顶而不得不进行
的接顶作业，使生产更安全，进而提高单进、工效。

2、揭（穿）煤期间，与单纯采用架棚支护相比，锚索网+架棚+喷浆复合支护好处多多：
1）爆破后，先在单体临时支护下进行锚索网支护，然后在锚索网永久支护下进行架棚
支护，施工安全性更高；
2）巷道顶板永久支护的锚杆锚固在注浆加固+加固型组合预裂骨架+超前锚杆联合作用的顶板围岩范围内，主动支护作用大幅提高，再联合架棚被动支护，后期巷道变形量会大大降低，巷道满足使用要求的服务年限大大提高。

3、潘三矿开拓101队采用超前注浆+加固型组合预裂金属骨架+超前锚杆联合超前支护和锚索网+架棚+喷浆复合支护揭（穿）特厚煤层期间，一次都未出现顶板片冒或瓦斯安全事故，充分说明了该施工方法的有效性、安全性。

同时，揭（穿）煤期间，开拓101队在22°下山掘进、出货系统复杂（两部皮带机、一部链板机、电车头配合车皮出货）的情况下，平均月进35m，提前20天完成煤业公司下达的揭（穿）10m厚4-1煤工期，效率较高。