近采空區(qū)殘留小煤柱巷道掘進(jìn)支護(hù)技術(shù)研究

余雁飛

近采空區(qū)殘留小煤柱巷道掘進(jìn)支護(hù)技術(shù)研究

余雁飛

(大同煤礦集團(tuán)有限責(zé)任公司 燕子山礦，山西 大同市 037000)

燕子山礦302盤區(qū)5210巷在掘進(jìn)過程中與8212已采工作面采空區(qū)預(yù)留煤柱相遇，巷道掘進(jìn)至煤柱附近時，受到采空區(qū)壓力及采動壓力的影響，礦壓顯現(xiàn)劇烈，頂板破碎嚴(yán)重，煤壁大面積片幫，原有的支護(hù)方式難以有效控制巷道變形，針對這一難題，提出“錨桿+錨索+W鋼帶+JW鋼帶+鋼護(hù)板+護(hù)幫錨索+金屬網(wǎng)聯(lián)合支護(hù)”工藝，有效緩解了增壓區(qū)巷道變形，提升巷道頂板及巷幫穩(wěn)定性，確保工作面安全生產(chǎn)。

小煤柱;支護(hù)技術(shù);風(fēng)險管控;掘進(jìn)

燕子山礦位于山西省大同市小蒜溝村保護(hù)煤柱以南，馬脊梁礦保護(hù)煤柱以西的山梁地帶，地面標(biāo)高1328～1406 m，井下標(biāo)高923～965 m，礦井5210掘進(jìn)巷位于4#煤層302盤區(qū)，西部為可采邊界線，南部為8208設(shè)計(jì)工作面，東部為盤區(qū)巷，北部為8212回采工作面。對應(yīng)上覆有11#、14-2#、14-3#層小窯破壞區(qū)及馬脊梁礦301，303，305盤區(qū)采空區(qū)。5210巷煤層結(jié)構(gòu)復(fù)雜，厚度穩(wěn)定，煤層全厚5.54～9.34 m，平均厚度7.44 m，老頂主要以高嶺巖，粗、中、粉細(xì)砂巖、礫巖為主，平均厚度為15.26 m，直接頂主要為粗粒砂巖、中、細(xì)砂巖、粉砂巖，平均厚度9.16 m，直接底為高嶺巖、細(xì)砂巖、粉砂巖，平均厚度7.70 m，平均煤層傾角為3°，5210巷掘進(jìn)使用EBZ260型掘進(jìn)機(jī)進(jìn)行破煤掘進(jìn)，實(shí)現(xiàn)一次成巷。

1 巷道支護(hù)面臨的問題

5210巷道原支護(hù)形式為“錨桿+W鋼帶+錨索+金屬網(wǎng)”聯(lián)合支護(hù)，在該巷道掘進(jìn)時，與8212已采工作面采空區(qū)預(yù)留煤柱相距僅有8 m，根據(jù)相鄰巷道礦壓數(shù)據(jù)資料分析，受鄰近采空區(qū)壓力影響較大，巷道開挖后，頂板及巷幫變形嚴(yán)重，當(dāng)巷道掘進(jìn)至增壓區(qū)時（增壓區(qū)影響巷道掘進(jìn)距離約25 m左右），頂板破碎嚴(yán)重，煤壁大面積片幫，在頂板來壓期間，煤壁的片幫深度、垂直高度和范圍較大，在工作面中后部顯現(xiàn)得尤為嚴(yán)重，其中片幫最大深度可達(dá)1500 mm左右，最大寬度、高度可達(dá)5100 mm和2000 mm左右。在采動壓力作用下，巷道頂板巖石層與上覆巖層出現(xiàn)離層，錨桿、錨索錨固位置脫離穩(wěn)定層位，引起錨固力不足甚至支護(hù)失效的問題，嚴(yán)重影響著巷道施工安全。原支護(hù)形式難以有效控制巷道變形，針對5210巷施工過程中巷道成型與幫頂支護(hù)困難的難題，為保證巷道順利過增壓區(qū)，需對頂板及巷幫支護(hù)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，重新制定加固措施。

2 過增壓區(qū)支護(hù)措施研究

2.1 機(jī)載前探梁臨時支護(hù)工藝

在頂板完整的情況下，在工作面機(jī)組割完一個循環(huán)（0.8 m）后，將鋼帶、金屬網(wǎng)放置在機(jī)載前探梁上，啟動機(jī)組液壓電機(jī)，升起機(jī)載前探梁掩護(hù)空頂區(qū)域，機(jī)載前探梁升到位后將機(jī)組打到閉鎖位置，通過主架的升降油缸操作閥手柄使主架升起達(dá)到巷道頂板高度，使鋼帶和錨網(wǎng)同頂板吻合。然后掘進(jìn)機(jī)停機(jī)斷電，在掘進(jìn)機(jī)機(jī)載臨時支護(hù)的保護(hù)下進(jìn)行打孔、上錨桿，完成支護(hù)作業(yè)[1]。其中，頂錨桿，頂錨索到工作面的最大控頂距離（最小控頂距與一個支護(hù)間距之和）為2.3 m，最小控頂距離為0.7 m，護(hù)幫支護(hù)距工作面滯后距離不大于2.4 m。

2.2 聯(lián)合永久支護(hù)工藝

考慮到5210巷小煤柱掘進(jìn)，需增強(qiáng)支護(hù)強(qiáng)度，提出了“錨桿+錨索+W鋼帶+JW鋼帶+鋼護(hù)板+護(hù)幫錨索+金屬網(wǎng)聯(lián)合支護(hù)”工藝，在頂板完整的情況下，割完一個循環(huán)后，在臨時支護(hù)的掩護(hù)下執(zhí)行敲幫問頂，由外向里、由中間向兩邊進(jìn)行永久支護(hù)。5210巷頂板采用鋼帶壓網(wǎng)、錨桿固定和錨索聯(lián)合支護(hù)形式，護(hù)幫支護(hù)由上向下采用短鋼帶壓網(wǎng)、錨桿固定支護(hù)形式。5210巷道支護(hù)設(shè)計(jì)斷面如圖1所示。

（1）頂板鋼帶壓網(wǎng)，錨桿固定支護(hù)。頂板布置4排錨桿，規(guī)格為Φ20×2400 mm，排距0.9 m，間距1.6 m，垂直于頂板布置，角錨桿與頂板夾角60°布置，間距1.6 m，頂板增設(shè)“JW”型4孔鋼帶：規(guī)格為3200 mm×330 mm×6 mm。掘進(jìn)過程中，如遇頂板層理、節(jié)理發(fā)育，頂板破碎時，需根據(jù)實(shí)際情況縮小錨桿支護(hù)間距，加強(qiáng)頂板支護(hù)[2]。

圖1 5210巷道支護(hù)設(shè)計(jì)斷面

（2）頂板錨索支護(hù)。巷道頂板對稱布置4排錨索，排距0.9 m，間距1.6 m，垂直于頂板布置布置，角錨索與頂板夾角60°，間距1.6 m。布置錨索長度根據(jù)頂煤厚度選用7.0 m長，如果頂板頂煤厚度超過5.0 m時，必須更換成9 m長錨索，保證錨固端伸入直接頂基巖處1.2 m以上，確保頂板支護(hù)完整性及懸吊固定作用。

（3）護(hù)幫錨桿支護(hù)。護(hù)幫錨桿選用規(guī)格為Φ20×2.4 m的左旋無縱筋螺紋錨桿，角錨桿左右各1排，與頂板水平成60°夾角[3]。巷道工作面?zhèn)让罕诓贾?排護(hù)幫錨桿，上排錨桿距頂板0.6 m，下排錨桿距底板0.7 m，錨桿間距1.0 m；巷道煤柱側(cè)布置3排護(hù)幫錨桿，上排錨桿距頂板0.6 m，下排錨桿距底板0.7 m，錨桿間距1.0 m；幫錨桿垂直于頂板布置，并在鋼帶下鋪設(shè)金屬菱形網(wǎng)，幫網(wǎng)選用8號鉛絲編制成網(wǎng)孔為50 mm×50 mm，規(guī)格為3400 mm×1700 mm的菱形金屬網(wǎng)。

（4）護(hù)幫鋼帶壓網(wǎng)，錨索固定支護(hù)。巷道護(hù)幫錨索選用規(guī)格為Φ17.8×4000 mm的錨索，沿巷道工作面煤柱側(cè)布置2排錨索，與頂板水平成60°夾角，錨索支護(hù)排間距為1000 mm×1600 mm，護(hù)幫錨索支護(hù)工作面?zhèn)炔贾?排錨索，錨索支護(hù)排間距為1500 mm×1600 mm，針對煤壁片幫嚴(yán)重的情況，巷幫增設(shè)“W”型單孔短鋼帶和“JW”型單孔短鋼帶作為聯(lián)合支護(hù)，規(guī)格分別為為400 mm×280 mm×4 mm和400 mm×330 mm×6 mm。

2.3 增壓區(qū)支護(hù)技術(shù)要求

（1）當(dāng)遇到巷道頂板破碎地帶、巷道交叉口、“丁”字口、或與巷道設(shè)計(jì)高度變化較大時，需適當(dāng)加打錨桿和錨索，并鋪設(shè)金屬雙網(wǎng)防護(hù)，錨固條件變差的區(qū)域，需變更錨索支護(hù)。錨桿、錨索安裝角度允許偏差±15°，錨索孔深誤差為0~+50 mm，錨索外長度控制在150～250 mm之間。

（2）W型（JW型）鋼帶必須垂直巷道中心線布置并緊貼巷道頂板，接觸面積不得小于60%，未接觸部分必須用板皮或木楔子墊實(shí)，每排錨桿布置成一條直線。

（3）鋪網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)要求巷道頂角處，幫網(wǎng)、頂網(wǎng)不得搭接，必須鋪設(shè)整體網(wǎng)，或者用網(wǎng)絲將兩張網(wǎng)鏈接成整體，金屬網(wǎng)鋪平、鋪展，緊貼頂幫，網(wǎng)與網(wǎng)搭接長度不小于200 mm，搭接處每200 mm用14#鉛絲扭結(jié)好，雙絲雙扣，綁扎牢固，綁死扭結(jié)不少于3圈[4]，巷道每掘進(jìn)100 m必須用尼龍網(wǎng)斷開頂、幫金屬尼龍網(wǎng)兩邊角搭接500 mm。

3 巷道掘進(jìn)過增壓區(qū)風(fēng)險管控

依據(jù)2018年度燕子山礦重大安全風(fēng)險辨識評估報(bào)告，由于臨近采空區(qū)的穩(wěn)定時間不足，5210巷道掘進(jìn)過程中，存在小煤柱開采壓力釋放區(qū)，特別是小煤柱側(cè)及巷道尖角等應(yīng)力易集中區(qū)，在該區(qū)域內(nèi)，煤層賦存特性穩(wěn)定性較差，頂板破碎嚴(yán)重，巷道開掘后，錨索錨固位置脫離穩(wěn)定層位，可能引起錨固力不足、支護(hù)失效等隱患，造成巷道冒頂事故的重大安全風(fēng)險，為管控重大安全風(fēng)險采取 如下：

（1）將小煤柱巷道盡可能布置在臨近采空區(qū)側(cè)向支承壓力降低區(qū)，采用一掘一支，短掘短支的方式掘進(jìn)，使用機(jī)載前探支護(hù)，堅(jiān)持敲幫問頂制度，施工過程中，加強(qiáng)圍巖的變形觀測，做好頂板巖（煤）層的離層情況記錄，為支護(hù)調(diào)整提供依據(jù)；

（2）定期對巷道頂板及煤柱進(jìn)行鉆孔窺視，分析頂煤破碎層位、煤柱內(nèi)破碎范圍，合理調(diào)整支護(hù)，確保錨固端處于穩(wěn)定層位中，巷道因炸幫等原因超寬0.4 m時，夠一個支護(hù)間距必須及時補(bǔ)上此處的支護(hù)；

（3）對與各類硐室，尤其是小煤柱側(cè)的，必要時可以考慮通過噴漿等手段加強(qiáng)支護(hù)，保證頂板安全，當(dāng)邊錨桿幫距＞0.9 m時，須增補(bǔ)支護(hù)，工作面必須有足夠的備用臨時支護(hù)材料，當(dāng)巷道遇頂板破碎時應(yīng)急使用，在掘進(jìn)小煤柱時，如果煤柱側(cè)頂板及護(hù)幫破碎嚴(yán)重需要增設(shè)單體柱加強(qiáng)支護(hù)；

（4）由于巷道沿煤層底板掘進(jìn)，巷道頂板留有頂煤，在小斷層及裂隙較發(fā)育的地帶，巷道頂板容易破碎，故在過斷層及地質(zhì)構(gòu)造時，必須停掘，探明斷層及地質(zhì)構(gòu)造特征，縮小錨桿間排距，短掘短支，同時增補(bǔ)錨索支護(hù)，縮小循環(huán)進(jìn)尺，將循環(huán)進(jìn)尺調(diào)整為0.7 m以確保安全。

4 結(jié) 語

本文以同煤集團(tuán)燕子山礦302盤區(qū)5210掘進(jìn)巷道為研究對象，對該巷道通過采空區(qū)小煤柱增壓區(qū)時頂板破碎，煤壁片幫嚴(yán)重的問題，提出“錨桿+錨索+W鋼帶+JW鋼帶+鋼護(hù)板+護(hù)幫錨索+金屬網(wǎng)聯(lián)合支護(hù)”工藝與風(fēng)險管控措施，實(shí)踐證明，施工巷道采取聯(lián)合支護(hù)工藝后，降低了增壓區(qū)內(nèi)巷道圍巖變形量，巷道頂板及巷幫穩(wěn)定性大大提高，確保了工作面的安全生產(chǎn)。

[1] 張志茸.煤礦掘進(jìn)支護(hù)設(shè)計(jì)與工藝[J].機(jī)械管理開發(fā),2018,33(06): 28-29.

[2] 徐青云,張 磊,魯 杰,李永明,譚 云.高瓦斯松散煤體復(fù)合頂煤巷支護(hù)參數(shù)優(yōu)化分析[J].中國煤炭,2014,40(12):42-45.

[3] 賈樹寶.加強(qiáng)掘進(jìn)巷道與相鄰綜采面交鋒處的頂板支護(hù)措施[J].能源與節(jié)能,2016(06):8-9+12.

[4] 溫思南.巷道掘進(jìn)過小斷方法及措施[J].科技視界,2013(04):166- 167.

(2019-02-21)

余雁飛(1986—)，男，山西寧武人，助理工程師，主要從事煤礦機(jī)掘隊(duì)組技術(shù)管理工作，Email：312322524@ qq.com。