回采工作面小煤柱護(hù)巷加固措施

王浩奇

（大同煤礦集團(tuán)雁崖煤業(yè)有限公司，山西 大同 037003）

1 工作面概述

大同煤礦集團(tuán)雁崖煤業(yè)公司8304工作面位于井田三盤區(qū)西翼，工作面東部為西翼大巷，南部為8305工作面，西部為實(shí)煤區(qū)，北部為8302工作面，如圖1所示。工作面設(shè)計(jì)走向長(zhǎng)度為1700m，傾向長(zhǎng)度為220m。8304工作面回采煤層為二疊系下統(tǒng)山西組4#煤層，平均厚度4.5m，煤層發(fā)育不穩(wěn)定，含有兩層夾矸。直接頂主要以泥巖、煤混合巖層為主，平均厚度為3.5m，基本頂主要以細(xì)粉砂巖為主，平均厚度為7.8m。

8304工作面采用的是綜合機(jī)械化無(wú)煤柱回采工藝，工作面布置設(shè)計(jì)時(shí)8304回風(fēng)順槽（5304巷）與8312回風(fēng)順槽（5305巷）預(yù)留寬度為6.0m的小煤柱。8304工作面在回采前采用鏈臂鋸在距小煤柱0.5m處進(jìn)行切頂，切頂深度為4.0m，切縫寬度為0.1m。

8304工作面670m處位于回風(fēng)順槽側(cè)揭露一條正斷層F5，斷層落差為1.4m，傾角為52°，斷層與工作面呈47°夾角。受構(gòu)造應(yīng)力影響，工作面回采時(shí)650～720m段小煤柱出現(xiàn)嚴(yán)重破碎現(xiàn)象。

初步支護(hù)設(shè)計(jì)中5304巷與5305巷預(yù)留的小煤柱采用單錨桿支護(hù)，每排布置3根，錨桿間排距為1.0m，第一排錨桿施工在距頂板0.5m處，錨桿長(zhǎng)度為2.0m。在650～720m段工作面回采時(shí)在小煤柱側(cè)支設(shè)一排單體支柱加強(qiáng)頂板維護(hù)。

圖1 8304工作面平面布置示意圖

2 回采期間技術(shù)難題

（1）小煤柱側(cè)頂板壓力集中明顯。受回采壓力及構(gòu)造應(yīng)力影響，工作面回采至650～720m段小煤柱側(cè)，頂板壓力集中相對(duì)明顯，而5304巷切頂深度為4.0m，無(wú)法實(shí)現(xiàn)頂板完全卸壓，從而造成小煤柱側(cè)頂板出現(xiàn)下沉現(xiàn)象，最大下沉量達(dá)0.47m。

（2）小煤柱側(cè)支護(hù)失效現(xiàn)象嚴(yán)重。由于8304工作面回采煤層屬石炭二疊紀(jì)煤層，煤層結(jié)構(gòu)復(fù)雜，膠結(jié)穩(wěn)定性差，煤體呈破碎狀。而且小煤柱寬度為6.0m，小煤柱兩側(cè)采用錨桿支護(hù)時(shí)，受鉆孔擾動(dòng)影響進(jìn)一步加大了煤體破壞程度，造成錨桿錨固效果差，錨桿失效現(xiàn)象嚴(yán)重。

（3）小煤柱維護(hù)難度大。受8304工作面回采應(yīng)力及F5斷層應(yīng)力影響，頂板應(yīng)力大，造成煤柱擠壓型破壞，煤柱片幫現(xiàn)象嚴(yán)重，采用傳統(tǒng)錨桿支護(hù)效果差，小煤柱維護(hù)難度大。

（4）支護(hù)勞動(dòng)強(qiáng)度大。650～720m段在小煤柱側(cè)支設(shè)單體支柱進(jìn)行維護(hù)，間距為1.5m，共需支設(shè)50架，勞動(dòng)強(qiáng)度大，而且工作面回采后需人工回收支柱，難度大且不利于施工安全。

3 安全回采技術(shù)措施

為了保證工作面過斷層應(yīng)力區(qū)的安全，經(jīng)研究決定采用“水力造穴卸壓+注漿+柔模澆筑+施工穿幫錨索”措施對(duì)650～720m段小煤柱進(jìn)行聯(lián)合維護(hù)管理。如圖2所示。

3.1 水力造穴卸壓

（1）水力造穴孔施工在5104巷頂板，與小煤柱間距為1.0m。造穴鉆孔深度為5.0m，鉆孔間距為6.0m，鉆孔呈直線布置。

（2）采用水力沖孔鉆機(jī)配套直徑為25mm、鉆頭直徑為42mm鉆孔進(jìn)行普通鉆孔施工，鉆孔施工深度為4.2m，鉆孔垂直頂板布置。

（3）普通鉆孔施工到位后，及時(shí)更換旋轉(zhuǎn)切割鉆頭進(jìn)行造穴孔施工。造穴孔長(zhǎng)度為0.8m，直徑為0.5m，造穴孔施工完成后及時(shí)清理孔內(nèi)煤巖屑。

3.2 注漿施工

（1）注漿孔參數(shù)。在650m處對(duì)小煤柱巷幫施工注漿鉆孔，共計(jì)施工兩排注漿孔，第一排施工在距頂板0.8m處，第二排施工在距頂板2.0m處。鉆孔深度為4.0m，直徑為45mm，鉆孔間距為4.0m，鉆孔與頂板呈30°仰角布置，共計(jì)布置36個(gè)注漿鉆孔。

（2）注漿設(shè)備及配料。采用型號(hào)為3ZBQ20/24礦用氣動(dòng)注漿泵進(jìn)行注漿，需注漿泵一臺(tái)、注漿槍一把、Ф50mm軟管30m、4寸鋼管6m。注漿液采用馬麗散與催化劑配比為1:1混合液。

（3）注漿工序。首先將注漿管塞入注漿鉆孔內(nèi)，采用棉紗進(jìn)行封孔，將軟管分別與注漿槍和注漿泵連接，并將注漿泵兩個(gè)吸料軟管分別插入裝有馬麗散與催化劑料桶內(nèi)，開啟注漿泵風(fēng)動(dòng)閥門進(jìn)行注漿。注漿壓力控制0.5～1.5MPa之間，注漿期間發(fā)現(xiàn)煤壁有漿液滲出時(shí)立即停止注漿。

3.3 柔模澆筑技術(shù)

（1）在小煤柱巷幫施工兩排錨桿，第一排施工在距頂板1.0m處，第二排施工在距頂板2.0m處。錨桿間距為4.0m，錨桿外露長(zhǎng)度為0.4m。

（2）所有錨桿施工后，在錨桿外露端吊掛長(zhǎng)度為4.2m“JW”型鋼帶，鋼帶與巷道平行布置，鋼帶與錨桿之間采用鋼方墊、螺母進(jìn)行預(yù)緊。

（3）在鋼帶與巷幫之間支設(shè)一排密集木柱，木柱緊貼鋼帶，木柱長(zhǎng)度為3.5m，直徑為30mm，木柱支設(shè)間距為1.0m，共計(jì)支設(shè)72根（端頭各一根）。木柱支設(shè)后確保木柱與頂板接觸嚴(yán)實(shí)、不晃動(dòng)。

（4）木柱支設(shè)完成后，采用長(zhǎng)度為3.0m、寬度為0.5m、厚度為0.02m木板進(jìn)行分段支盒，每段支盒長(zhǎng)度為5.0m，支盒后形成封閉澆筑空間。

（5）單段支盒高度達(dá)1.0m且形成封閉空間后，對(duì)其進(jìn)行混凝土澆筑?；炷亮媳葹樯白?石子:水泥=2:2:1，混凝土強(qiáng)度不得低于C30。澆筑到位后再繼續(xù)支盒，依次類推，直至澆筑面與頂板接觸嚴(yán)實(shí)。

3.4 施工穿幫錨索

（1）為了保證澆筑面與煤柱接觸嚴(yán)實(shí)，柔模澆筑施工完成后，在澆筑面施工穿幫鉆孔。鉆孔深度為6.5m，鉆孔直徑為30mm，共計(jì)施工兩排且成邁步式布置，第一排施工在距頂板1.0m處，排距為2.5m，間距為3.0m。

（2）鉆孔施工完后，在鉆孔內(nèi)穿插一根長(zhǎng)度為7.5m、直徑為21.6mm高強(qiáng)度預(yù)應(yīng)力錨索。小煤柱兩側(cè)錨索外露長(zhǎng)度為0.5m，并對(duì)外露端安裝長(zhǎng)度為0.6mm工字鋼梁及鎖具進(jìn)行預(yù)緊，預(yù)緊力不得低于233kN。

4 結(jié) 語(yǔ)

（1）通過在應(yīng)力集中區(qū)施工水力造穴孔，提高了頂板應(yīng)力卸壓效果，減小了小煤柱側(cè)應(yīng)力集中現(xiàn)象及頂板應(yīng)力對(duì)小煤柱破壞作用。

圖2 小煤柱聯(lián)合措施施工斷面示意圖

（2）通過對(duì)小煤柱不穩(wěn)定煤體注漿施工，提高了破碎煤體膠結(jié)穩(wěn)定性及承載能力，提高了巷幫錨桿支護(hù)效果，防止小煤柱受應(yīng)力作用出現(xiàn)巷幫剝離破壞。

（3）與傳統(tǒng)支設(shè)單體支柱相比，采取柔模澆筑技術(shù)不僅提高了小煤柱對(duì)頂板支撐橫截面積，降低了支護(hù)勞動(dòng)強(qiáng)度，而且減少了頂板應(yīng)力對(duì)煤柱擠壓破壞作用，防止了頂板出現(xiàn)下沉、破碎現(xiàn)象。

（4）采用穿幫錨索不僅將澆筑面與煤柱連接成整體，防止?jié)仓媸芰Τ霈F(xiàn)垮落事故，而且對(duì)小煤柱起到預(yù)緊作用，減少工作面回采期間5305巷側(cè)煤柱出現(xiàn)片幫現(xiàn)象。