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摘要：本文就1792（3）工作面通过对日常矿压观测的数据分析，及对巷道顶板岩性、煤层的强度和自身承载能力的综合比对，分析了矿压显现的原因，并提出了加强支护、优化参数的措施。
关键词：穿层钻孔 巷道掘进 顶板支护
1 概况
1792（3）工作面位于东四采区，工作面标高-660m～-695m，属13-1煤层，煤层均厚3.89m，倾角6～8°。轨顺总长度1945m，自轨顺中段回风联巷分为东、西段，西段由掘进101班从东翼二联1792（3）轨顺联巷端头处拨门，按126°方位角跟顶施工与东段贯通，前470m为实体掘进，巷道断面：中宽×中高=5m×3m。
掘进101班10年8月份拨门进尺，在巷道掘进过程中，顶板完整性较好，可探6m范围内，巷道顶板岩性为2.2～3.0m的层状粉砂岩及3.0～3.8m的细砂岩，但部分地方顶板淋水量较大。在掘后15天，矿压显现明显，层状砂岩顶板下沉并在中线位置沿走向断裂，顶底板相对位移、两帮相对移近量急剧增加，巷道内锚索断索现象较多，顶部右肩胛处的支护锚杆被剪断破坏严重。距拨门位置144m-150m、163m-169m处极为明显，顶部右肩胛锚杆全部被剪断，连续断索4根，下帮向巷道挤压变形严重，顶底板最大位移量达890mm，两帮最大移近量达820mm。
2 矿压显现的原因分析
通过对日常矿压观测的数据分析，及对巷道顶板岩性、煤层的强度和自身承载能力的综合比对，分析原因如下：
2.1 地质因数
巷道直接顶为2m左右的薄层状粉砂层，每层厚为20～30mm，粒径0.05～0.005mm，层理发育，粘结力较差，单向抗压强度＜40MPa。在自重的作用下，薄层状顶板下沉，与上位顶板岩层产生离层，并沿节理、裂隙破断，断裂后岩层强度降低，自身失稳且急速下沉，断裂面沿巷道走向继续扩大，在顶板岩层中形成剪切破坏面。
2.2 顶板支护强度、预紧力不够因素
①支护参数方面。在施工过程中，各种地质构造及顶板岩性的随时变化，使得部分锚杆（索）间排距、锚杆锚索外露、锚杆角度、锚索预紧力等支护参数小于设计值，造成锚杆、锚索联合支护效果降低，未能对顶板施加足够预紧力，造成顶板离层、断裂、破碎。随着顶板层状砂岩断裂层数的不断增加，断裂面的进一步扩大，岩层内剪切破坏力越来越大，导致巷道内部分右肩胛处的锚杆被剪断，锚索断索失效。②施工质量方面。锚索网支护的每个施工环节中，人为因素影响都可能对锚杆（索）的支护质量有较大的影响。如钻头的选择、锚杆孔内粉末的处理情况、树脂药卷的搅拌时间、锚杆的安装角度、锚杆的扭矩、锚索预紧力的大小、托盘与煤壁接触的紧密程度等，也影响着锚索网支护的强度。
2.3 穿层钻孔因素
轨顺西段的前470m为实体掘进，根据集团公司的规定及瓦斯治理的需要，利用1792（3）高抽巷对轨顺西段实体段，按10×5m布置施工下向穿层钻孔，钻孔控制到巷道两帮外5m并穿透13-1煤层，再利用临时抽采系统合茬预抽。高密度布置钻孔和带水压打钻，造成钻孔附近的煤岩体松散、破碎、裂隙增大及巷道内淋水量增大，使实体段巷道顶板岩层的整体强度显著降低，顶板自身失稳，承载能力下降，是巷道掘进后部分顶板断裂破碎的直接原因。
3 加强支护、优化参数的措施
3.1 加强顶板巡查，建立巡查制度
发现顶板断锚断索处，采取及时补打的措施，避免连续断锚断索的现象。对巷道内压力较大处，提前打信号点柱并随时观测，发现巷道来压明显，及时补打加长锚索加固顶板。
3.2 支护方式的确定
根据矿压观测数据分析和现场锚索频繁断索的现象，为加强已破碎段顶板管理，控制断裂面的继续扩大，预防冒顶事故的发生，采取增加锚索数量，加强顶板支护强度。现场对已破碎段的顶板采取走向14#槽钢组合锚索的支护方式。走向槽钢分别沿着巷道顶板两侧的第一根锚杆与第二根锚杆之间纵向布置，梁长2m（1根走向槽钢梁托2排M5钢带），每根走向槽钢梁上安装3根锚索，间距为800mm，两侧纵向槽钢梁错茬布置。
3.3 支护参数的调整
3.3.1 原有的支护设计：顶板采用锚索+锚杆+M5
钢带+金属网联合支护，钢带排距800mm，锚杆间排距750×800mm，锚索间排距2000×800mm（2-2-2布置）。
3.3.2 优化支护参数。①锚索的优化：按照锚杆支护的组合岩梁理论计算，顶板岩层的压力主要由锚杆和锚索共同承担，锚索必须有能力承担其承载范围内潜在的冒落岩层的重量。
潜在的冒落高度：H=B/K/f
式中:H——潜在的冒落高度，m；B——巷道宽度，B=5m；K——顶板岩性系数，K=0.4； f——直接顶硬度系数，f=5。
则：H=5／( 5×0.4) =2.5m
潜在冒落拱面积:
S=4/3×B/2×H=4/3×5/2×2.5=7.3m2；
每米长度冒落岩石重量为：
T=S×r×1=7.3×27×1=19.7t
式中：r—粉砂岩的容重，取27kN/m3
錨索的破损载荷：选用φ22锚索，则W=450kN=45t。
单根锚索承担的冒落长度：
L=45／19.7=2.2m。即每2.2m需布置1根锚索。
综合计算所得及后方巷道断锚断索的现象，支护参数采取每排增加一根锚索的优化方案，即每排三根锚索，间距为1.6m，排距为800mm（即3-3-3布置），中间一根沿中线布置。如下图：
■
②结合锚杆受力观测、围岩变形特征和锚杆剪断现象可以定性看出，顶板锚杆受力较剧烈，顶部右肩胛锚杆不仅受到轴向力的作用，还受到巨大的水平剪切力的作用。顶部锚杆选用左旋无纵筋螺纹预拉力锚杆，长度2.4m，直径22mm，极限拉断力255kN，屈服力为190kN，延伸率20%，杆尾螺纹规格为M24，采用滚压加工工艺成型，抗剪强度为280Mpa。针对顶板右肩胛处的锚杆被剪切破坏，导致顶板失稳的现象，采取在右肩胛处施工双锚杆
针对性措施。通过施工双锚杆，让两根锚杆共同作用形
成有效的整体，增强了锚杆对顶板的预紧力和支护强度，使锚杆抗剪能力显著提升，有效的避免了锚杆被剪切破坏。
3.4 避免人为因素造成锚杆失效
①加强施工质量管理，现场施工时严格按照作业规程的有关规定进行，锚杆锚索安装角度、间排距、孔深、锚固长度、搅拌时间等必须符合要求。②迎头应配齐各种检测工具，如锚杆拉力计、力矩扳手等。并建立施工质量验收制度，确保锚杆锚索的施工质量合格。
4 采取措施后巷道状况
4.1 原顶板破碎段
采取槽钢组合锚索的支护方式后，顶板走向断裂带和破碎范围得到了有效的控制，未再有断锚断索的现象发生。采取措施前：该段顶底板移近量510～760mm，锚索平均载荷32T;采取措施后：该段顶底板移近量和锚索载荷维持原状，未有明显变化。
4.2 优化参数后掘进的巷道
顶板虽有部分淋水，但未再出现断裂破碎区域，只有个别断索现象，右肩胛处锚杆也未被剪切破断；通过日常观测，该段顶底板移近量350～450mm，顶板浅部离层10～25mm，深部离层20～40mm，锚索载荷最大34T，平均为28T。
5 结语
①上述矿压观测的结果表明，采取措施加固后的巷道及参数优化后的掘进巷道，围岩变形量明显小于前期巷道的围岩变形量，说明巷道支护强度的提高能大大减小巷道围岩变形量。
②通过对巷道顶板破碎的原因认真分析，采取增加锚索、减小锚索间距、肩胛处使用双锚杆等有效的控制和优化措施，1792（3）轨顺西段掘进期间未发生冒顶事故，实现了全线安全贯通。下行穿层钻孔影响下巷道顶板
管理的成功，为降低断锚短索、提高巷道锚索网支护质量及以后同类巷道的施工提供了很好的借鉴，也为1792（3）工作面的接替及下一年的安全生产提供了保障。
参考文献：
[1]王京生，贾泉敏，张安，周波，刘丰韬.下向穿层钻孔施工工艺研究[J].科技创新与应用，2013(10).
[2]陈建，刘涛.下向穿层钻孔施工成套技术研究[A].第三届全国煤矿机械安全装备技术发展高层论坛暨新产品技术交流会论文集[C].2012.
[3]下向穿层钻孔施工与抽采成套技术应用与实践[A].2010年安徽省科协年会——煤炭工业可持续发展专题研讨会论文集[C]. 2010.
关键词：穿层钻孔 巷道掘进 顶板支护
1 概况
1792（3）工作面位于东四采区，工作面标高-660m～-695m，属13-1煤层，煤层均厚3.89m，倾角6～8°。轨顺总长度1945m，自轨顺中段回风联巷分为东、西段，西段由掘进101班从东翼二联1792（3）轨顺联巷端头处拨门，按126°方位角跟顶施工与东段贯通，前470m为实体掘进，巷道断面：中宽×中高=5m×3m。
掘进101班10年8月份拨门进尺，在巷道掘进过程中，顶板完整性较好，可探6m范围内，巷道顶板岩性为2.2～3.0m的层状粉砂岩及3.0～3.8m的细砂岩，但部分地方顶板淋水量较大。在掘后15天，矿压显现明显，层状砂岩顶板下沉并在中线位置沿走向断裂，顶底板相对位移、两帮相对移近量急剧增加，巷道内锚索断索现象较多，顶部右肩胛处的支护锚杆被剪断破坏严重。距拨门位置144m-150m、163m-169m处极为明显，顶部右肩胛锚杆全部被剪断，连续断索4根，下帮向巷道挤压变形严重，顶底板最大位移量达890mm，两帮最大移近量达820mm。
2 矿压显现的原因分析
通过对日常矿压观测的数据分析，及对巷道顶板岩性、煤层的强度和自身承载能力的综合比对，分析原因如下：
2.1 地质因数
巷道直接顶为2m左右的薄层状粉砂层，每层厚为20～30mm，粒径0.05～0.005mm，层理发育，粘结力较差，单向抗压强度＜40MPa。在自重的作用下，薄层状顶板下沉，与上位顶板岩层产生离层，并沿节理、裂隙破断，断裂后岩层强度降低，自身失稳且急速下沉，断裂面沿巷道走向继续扩大，在顶板岩层中形成剪切破坏面。
2.2 顶板支护强度、预紧力不够因素
①支护参数方面。在施工过程中，各种地质构造及顶板岩性的随时变化，使得部分锚杆（索）间排距、锚杆锚索外露、锚杆角度、锚索预紧力等支护参数小于设计值，造成锚杆、锚索联合支护效果降低，未能对顶板施加足够预紧力，造成顶板离层、断裂、破碎。随着顶板层状砂岩断裂层数的不断增加，断裂面的进一步扩大，岩层内剪切破坏力越来越大，导致巷道内部分右肩胛处的锚杆被剪断，锚索断索失效。②施工质量方面。锚索网支护的每个施工环节中，人为因素影响都可能对锚杆（索）的支护质量有较大的影响。如钻头的选择、锚杆孔内粉末的处理情况、树脂药卷的搅拌时间、锚杆的安装角度、锚杆的扭矩、锚索预紧力的大小、托盘与煤壁接触的紧密程度等，也影响着锚索网支护的强度。
2.3 穿层钻孔因素
轨顺西段的前470m为实体掘进，根据集团公司的规定及瓦斯治理的需要，利用1792（3）高抽巷对轨顺西段实体段，按10×5m布置施工下向穿层钻孔，钻孔控制到巷道两帮外5m并穿透13-1煤层，再利用临时抽采系统合茬预抽。高密度布置钻孔和带水压打钻，造成钻孔附近的煤岩体松散、破碎、裂隙增大及巷道内淋水量增大，使实体段巷道顶板岩层的整体强度显著降低，顶板自身失稳，承载能力下降，是巷道掘进后部分顶板断裂破碎的直接原因。
3 加强支护、优化参数的措施
3.1 加强顶板巡查，建立巡查制度
发现顶板断锚断索处，采取及时补打的措施，避免连续断锚断索的现象。对巷道内压力较大处，提前打信号点柱并随时观测，发现巷道来压明显，及时补打加长锚索加固顶板。
3.2 支护方式的确定
根据矿压观测数据分析和现场锚索频繁断索的现象，为加强已破碎段顶板管理，控制断裂面的继续扩大，预防冒顶事故的发生，采取增加锚索数量，加强顶板支护强度。现场对已破碎段的顶板采取走向14#槽钢组合锚索的支护方式。走向槽钢分别沿着巷道顶板两侧的第一根锚杆与第二根锚杆之间纵向布置，梁长2m（1根走向槽钢梁托2排M5钢带），每根走向槽钢梁上安装3根锚索，间距为800mm，两侧纵向槽钢梁错茬布置。
3.3 支护参数的调整
3.3.1 原有的支护设计：顶板采用锚索+锚杆+M5
钢带+金属网联合支护，钢带排距800mm，锚杆间排距750×800mm，锚索间排距2000×800mm（2-2-2布置）。
3.3.2 优化支护参数。①锚索的优化：按照锚杆支护的组合岩梁理论计算，顶板岩层的压力主要由锚杆和锚索共同承担，锚索必须有能力承担其承载范围内潜在的冒落岩层的重量。
潜在的冒落高度：H=B/K/f
式中:H——潜在的冒落高度，m；B——巷道宽度，B=5m；K——顶板岩性系数，K=0.4； f——直接顶硬度系数，f=5。
则：H=5／( 5×0.4) =2.5m
潜在冒落拱面积:
S=4/3×B/2×H=4/3×5/2×2.5=7.3m2；
每米长度冒落岩石重量为：
T=S×r×1=7.3×27×1=19.7t
式中：r—粉砂岩的容重，取27kN/m3
錨索的破损载荷：选用φ22锚索，则W=450kN=45t。
单根锚索承担的冒落长度：
L=45／19.7=2.2m。即每2.2m需布置1根锚索。
综合计算所得及后方巷道断锚断索的现象，支护参数采取每排增加一根锚索的优化方案，即每排三根锚索，间距为1.6m，排距为800mm（即3-3-3布置），中间一根沿中线布置。如下图：
■
②结合锚杆受力观测、围岩变形特征和锚杆剪断现象可以定性看出，顶板锚杆受力较剧烈，顶部右肩胛锚杆不仅受到轴向力的作用，还受到巨大的水平剪切力的作用。顶部锚杆选用左旋无纵筋螺纹预拉力锚杆，长度2.4m，直径22mm，极限拉断力255kN，屈服力为190kN，延伸率20%，杆尾螺纹规格为M24，采用滚压加工工艺成型，抗剪强度为280Mpa。针对顶板右肩胛处的锚杆被剪切破坏，导致顶板失稳的现象，采取在右肩胛处施工双锚杆
针对性措施。通过施工双锚杆，让两根锚杆共同作用形
成有效的整体，增强了锚杆对顶板的预紧力和支护强度，使锚杆抗剪能力显著提升，有效的避免了锚杆被剪切破坏。
3.4 避免人为因素造成锚杆失效
①加强施工质量管理，现场施工时严格按照作业规程的有关规定进行，锚杆锚索安装角度、间排距、孔深、锚固长度、搅拌时间等必须符合要求。②迎头应配齐各种检测工具，如锚杆拉力计、力矩扳手等。并建立施工质量验收制度，确保锚杆锚索的施工质量合格。
4 采取措施后巷道状况
4.1 原顶板破碎段
采取槽钢组合锚索的支护方式后，顶板走向断裂带和破碎范围得到了有效的控制，未再有断锚断索的现象发生。采取措施前：该段顶底板移近量510～760mm，锚索平均载荷32T;采取措施后：该段顶底板移近量和锚索载荷维持原状，未有明显变化。
4.2 优化参数后掘进的巷道
顶板虽有部分淋水，但未再出现断裂破碎区域，只有个别断索现象，右肩胛处锚杆也未被剪切破断；通过日常观测，该段顶底板移近量350～450mm，顶板浅部离层10～25mm，深部离层20～40mm，锚索载荷最大34T，平均为28T。
5 结语
①上述矿压观测的结果表明，采取措施加固后的巷道及参数优化后的掘进巷道，围岩变形量明显小于前期巷道的围岩变形量，说明巷道支护强度的提高能大大减小巷道围岩变形量。
②通过对巷道顶板破碎的原因认真分析，采取增加锚索、减小锚索间距、肩胛处使用双锚杆等有效的控制和优化措施，1792（3）轨顺西段掘进期间未发生冒顶事故，实现了全线安全贯通。下行穿层钻孔影响下巷道顶板
管理的成功，为降低断锚短索、提高巷道锚索网支护质量及以后同类巷道的施工提供了很好的借鉴，也为1792（3）工作面的接替及下一年的安全生产提供了保障。
参考文献：
[1]王京生，贾泉敏，张安，周波，刘丰韬.下向穿层钻孔施工工艺研究[J].科技创新与应用，2013(10).
[2]陈建，刘涛.下向穿层钻孔施工成套技术研究[A].第三届全国煤矿机械安全装备技术发展高层论坛暨新产品技术交流会论文集[C].2012.
[3]下向穿层钻孔施工与抽采成套技术应用与实践[A].2010年安徽省科协年会——煤炭工业可持续发展专题研讨会论文集[C]. 2010.