老空區(qū)下切眼施工技術(shù)研究與應(yīng)用

趙奎ZHAO Kui

（中煤第一建設(shè)有限公司第十工程處，邯鄲 056003）

1 工程概況

韓咀礦井屬兼并重組整合礦井，設(shè)計生產(chǎn)能力300 萬噸/年，批采煤層2-10 號。開拓方式采用混合開拓，主、副井為斜井，回風(fēng)井為立井。

目前主要開采2 號煤層，根據(jù)鉆孔資料和現(xiàn)場施工2號煤層為5.2~6.0m 厚，煤夾矸1.45m 厚；夾矸為炭質(zhì)泥巖。煤層走向北東，傾向北西，平均傾角3°，表現(xiàn)為單斜構(gòu)造。工作面大部分煤層受到破壞，根據(jù)小窯調(diào)查資料分析，由原窯咀礦開采造成，破壞層位為煤層上分層，破壞程度一般為2.0m 高。

32104 工作面切眼全長262.8m，沿2#煤底板施工，根據(jù)探測結(jié)果分析。32104 工作面切眼均在老空區(qū)下及在老空區(qū)煤柱下施工，切眼頂板存在上分層老空及煤層離層現(xiàn)象，造成對32104 工作面切眼施工期間的影響。

2 支護參數(shù)

32104 工作面切眼全長262.8m，沿2#煤底板施工，使用11#工字鋼支架成對支護，棚距為中—中800mm。聯(lián)鎖：支架與支架之間采用4 道φ50mm 鋼管聯(lián)鎖，頂聯(lián)鎖分別位于距離中線各0.6m 位置（聯(lián)鎖中）、棚腿距底板1.8m位置（距棚梁下1.5m 聯(lián)鎖中），交錯搭接布置。聯(lián)鎖的U型卡螺母扭矩力不小于100N·m。網(wǎng)片：幫部采用尼龍網(wǎng)，頂部網(wǎng)片采用φ6mm 鋼筋網(wǎng)，如圍巖破碎，防止小塊煤矸掉落傷人，在金屬網(wǎng)上敷設(shè)尼龍網(wǎng)，頂網(wǎng)敷設(shè)雙層網(wǎng)片；背板：選用1×0.2×0.05m 方木，頂六幫四均勻布置，頂部背板間距750mm（中—中）、右?guī)蛶筒勘嘲彘g距750mm（中到中），左幫不使用。

3 施工方案及施工工藝

3.1 施工工藝

導(dǎo)硐側(cè)頂板超前加固→導(dǎo)硐掘進、出矸→導(dǎo)硐支護→二次刷擴掘進、出矸→二次刷擴支護→換腿成巷。

3.2 施工方案

由于斷面較寬，圍巖破碎，采用切眼一側(cè)超前導(dǎo)硐（導(dǎo)硐斷面為切眼斷面的一半）先行貫通，二次刷擴成巷的施工方案。

①頂板超前支護采用管棚+注漿法施工。

超前管棚兼做注漿管，注漿管選用φ40mm 無縫鋼管，長度3m，前頭做尖錐狀，管壁交錯鉆注漿孔，間距300mm，注漿孔直徑8mm，管棚間距50cm，外插角度5 度。

選用2TGZ-60/210 型雙液注漿泵注漿。漿液采用A、B漿液混合注漿。A 漿液為樹脂，B 漿液為催化劑。見圖1。

圖1 超前管棚加工圖

②導(dǎo)硐、二次刷擴和出矸作業(yè)。

32104 工作面切眼導(dǎo)硐掘進、二次刷擴采用EBZ-220H 型掘進機，運輸采用掘進機裝矸轉(zhuǎn)載至刮板輸送機運輸，“三八”制作業(yè)。圍巖不穩(wěn)定時，導(dǎo)硐斷面內(nèi)預(yù)留中間煤柱四周超前掘進立腿，再掘上部巖體上梁、掛網(wǎng)背板連鎖固定，后掘中間預(yù)留部分。

③架棚支護。

超前施工巷道兩側(cè)煤（巖）體后，人工架設(shè)棚腿并固定、上部施工完成后安梁，敷設(shè)金屬網(wǎng)、背板并固定連成一體。

④邁步換棚支護。

在掘進機二次刷擴掘進時，二次刷擴斷面正常架棚，每施工4m（π 梁長度）后，采用液壓點柱+π 梁支撐導(dǎo)硐和二次刷擴架設(shè)時的工字鋼梁搭接處，拆除導(dǎo)硐時支護位于巷中的棚腿。

4 施工方法

4.1 超前管棚施工

超前管棚尾部連接專用工具，采用YT-28 鑿巖機震動打入松散圍巖中。遇有較硬巖石采用鑿巖機鉆眼后，人工或機械打入圍巖。

4.2 化學(xué)注漿

采用2TGZ-60/210 型雙液注漿泵注漿。漿液采用A、B漿液混合注漿。

超前管棚安裝中及時安裝封孔裝置。尾部連接注漿管，注漿管路連接好后必須進行壓漿試驗，以檢查和確定注漿設(shè)備及管路的有效性和可靠性。并在壓漿試驗中注意觀察材料混合比例，保證注漿效果。

4.3 掘進施工

32104 工作面切眼采取由西向東導(dǎo)硐（老塘側(cè)）管通施工，由東向西二次刷擴成巷（回采側(cè)）法。采用綜掘機配合兩部40T 刮板機接力出煤。

①頂板完整、穩(wěn)定時切割前將掘進機開至巷道中間，在底板上0.8m 位置進刀，從左向右、從下向上沿“S”型路線來回截割，先切割1-2 路線，再切割3-4 路線成型。如巷道底角采用綜掘機刷幫不到位，可采用風(fēng)鎬配合刷幫成型。見圖2 和圖3。

圖2 32104 工作面切眼頂板較好導(dǎo)硐切割示意圖

圖3 32104 工作面切眼頂板較好二次刷擴切割示意圖

②頂板穩(wěn)定性較差時采用中間留設(shè)煤柱切割方法施工，切割作業(yè)時分三步截割。第一步先施工兩幫1、2 路線，切割完成后架設(shè)棚腿，第二步施工頂部3、4 路線，架設(shè)棚梁，最后切割中間預(yù)留煤柱部分5、7 路線。見圖4 和圖5。

圖4 32104 工作面切眼頂板較差導(dǎo)硐切割示意圖

圖5 32104 工作面切眼頂板較差二次刷擴切割示意圖

4.4 臨時支護

臨時支護選用前探梁，所用材料為：直徑Φ89×4mm無縫鋼管，長度3.2m，每組4 根，頂板完整、穩(wěn)定施工時前探梁均勻布置；頂板穩(wěn)定性較差時采取中間預(yù)留煤柱切割方法施工前探梁分別位于巷道中線左右各1.2、1.7m 位置，每根前探梁使用3 道錨鏈固定。

4.5 導(dǎo)硐支護

①工作面截割出切眼導(dǎo)硐全斷面或兩側(cè)棚腿位置后；安全確認、敷設(shè)金屬網(wǎng)片、安裝臨時支護；檢查切眼切割規(guī)格尺寸，中線至巷道兩幫各2320mm（頂部掘進尺寸）、2874mm（底腳掘進尺寸），按照中線、煤層底板標定出兩幫柱腿、柱窩部位。

②施工兩幫柱腿、柱窩。采用人工手鎬或風(fēng)鎬施工棚腿及棚窩部位，挖設(shè)好后先掛設(shè)幫部網(wǎng)片，進行施工兩幫棚腿，為防止棚腿傾倒，采取φ50mm 鋼管進行聯(lián)鎖，工作面安裝的棚腿與后方已施工好的棚腿連接成一體。

③架設(shè)工字鋼支架。支架棚梁與棚腿搭接、安裝頂聯(lián)鎖器時，人員站在鋼管焊接的馬凳上進行，馬凳采用φ57mm 鋼管、φ20mm 螺紋鋼、φ6mm 的雙層鋼筋網(wǎng)片焊接加工而成，馬凳上、下寬（1000+1200）×上、下長（700×1000）×1500mm 高，每次上馬凳前，首先檢查馬蹬是否牢固，確認無安全風(fēng)險后方可作業(yè)，作業(yè)時要由班長統(tǒng)一指揮，安監(jiān)人員站在安全地點負責(zé)安全專盯工作，防止人員踩空造成人員受傷。

④采用1000×200×50mm 方木背幫背頂，頂部布置6根，幫部布置4 根，頂部木背板間距750mm（中—中）、幫部木背板間距750mm（中—中）錯茬布置，嚴禁隨意擺放，保證成排成線。

4.6 二次刷擴支護

32104 切眼掘進時，導(dǎo)硐和二次刷擴成巷斷面尺寸相同。導(dǎo)硐（老塘側(cè)）斷面支護，頂梁長度為4640mm，棚腿長度為3500mm。二次刷擴（回采側(cè)） 時，棚梁長度為4920mm，棚腿長度為3500mm。架設(shè)方法同導(dǎo)硐施工。

4.7 換腿成巷

二次刷擴時，每架設(shè)5 架棚后，更換一次單體+π 型梁支護，拆除導(dǎo)硐時切眼中棚腿，將拆除的棚腿循環(huán)使用。采用3.5m 單體支柱加強支護，在鋼梁搭接處打設(shè)單體+π 型梁支護，掘進距離夠4m 后，距離偏中線左幫1.6m 位置打設(shè)單體＋π 型梁支護，打設(shè)單體時初撐力不宜過大，以π型梁接頂稍微受力顯現(xiàn)即可，以防破壞頂梁受力結(jié)構(gòu)，同時π 型梁與棚梁縫隙采用木楔背牢，依次類推。

若切眼內(nèi)存在明顯側(cè)壓地段，采取棚腿限位措施固定，每架棚腿采用兩根φ20×2000 螺紋鋼錨桿配合自制卡板（長300×寬150×厚10mm）距棚梁牙口500mm 位置進行鎖腿加固。打設(shè)錨桿采用ZQST-50/2.5S 風(fēng)煤鉆配合2.0m 麻花鉆桿打眼施工，每根錨桿使用一支CKa2335、一支K2360 樹脂錨固劑錨固。

從1999—2008年，國土資源部在地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)的1 640個丘陵山區(qū)縣部署完成了1∶20萬比例尺地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查，查出24萬處隱患點。這只是初步摸底，此項工作還應(yīng)進一步推進。災(zāi)害風(fēng)險評估是將災(zāi)害防治工作前移，從根本上預(yù)防風(fēng)險，是現(xiàn)代風(fēng)險管理的本質(zhì)，需要政府主管部門具有前瞻性、超前意識和長遠意識。

拆除棚腿工藝：單體液壓支柱+π 型梁打設(shè)完成后，拆除原導(dǎo)硐架設(shè)的右側(cè)棚腿。拆除棚腿時在棚腿柱窩部位使用風(fēng)鎬下挖柱窩，將棚腿由下往外抽出，嚴禁不下挖柱窩強拉硬扯拆腿施工，拆除的棚腿放置在導(dǎo)硐側(cè)巷道內(nèi)，便于二次刷擴架棚時使用。

因二次刷擴幫棚梁長度為4920mm，二次刷擴掘進架棚與導(dǎo)硐已架設(shè)好的棚梁交錯布置。每次掘進遵循“短掘短支、錯排支護”的原則施工。永久支護距工作面的距離不超過300mm。

5 巷道頂板觀測情況

切眼導(dǎo)硐施工時安設(shè)YHW300 本安型頂板離層儀，該頂板離層儀安裝深度淺點3m，深點8m。頂板離層儀間距30m，頂板離層儀距離工作面不得超過40m。安裝好的頂板離層儀，在3 天內(nèi)由專人每天負責(zé)觀測并記錄、分析數(shù)據(jù)，3 天后每周觀測一次。發(fā)現(xiàn)頂板離層值超過50mm時，要停止掘進，采取加固措施；離層值大于100mm 時，必須撤人；頂板來壓造成棚梁彎曲，及時匯報礦總工程師，制定處理措施，保證施工安全。

在切眼施工中專人觀測頂板離層數(shù)據(jù)及時收集、整理，通過分析離層數(shù)據(jù)的變化規(guī)律，解析頂板破碎和下沉情況，對超出警戒數(shù)據(jù)的位置及時采取了正確的加固措施，實現(xiàn)了切眼安全施工。

6 安全技術(shù)措施

6.1 防冒頂、防片幫安全技術(shù)措施

①嚴格執(zhí)行“頂板管理”制度，施工人員進入工作面前，班組長必須首先進行敲幫問頂工作，找凈活矸危巖，確認無危險后，方可允許人員進入工作面。找頂（幫）工作要有兩人配合作業(yè)，一人找頂、一人觀頂，找頂時要使用長柄專用工具站在安全地點，由輕而重，由后而前逐片進行。與找頂（幫）工作無關(guān)人員要遠離找頂（幫）現(xiàn)場。

②臨時支護必須緊跟工作面，嚴格控制頂（幫）距離。永久支護作業(yè)必須在有臨時支護的掩護下進行，永久支護距工作面不得超過0.3m。

③巷道施工過程中，對頂（幫）壓力顯現(xiàn)地段，要建立頂、幫位移量檢測，并按規(guī)定進行觀測，為開拓工作面頂板管理提供可參考的技術(shù)資料。

④切割完畢后要及時將頂、幫活煤找凈后，在臨時支護下由外向里進行永久支護，永久支護必須符合質(zhì)量要求，永久支護未施工完畢，嚴禁進行下一循環(huán)施工。

⑤架棚支護的棚距、岔角、柱窩、扭矩、水平度、迎山角、連鎖、背幫背頂必須符合設(shè)計要求；所有架設(shè)鋼棚必須統(tǒng)一編號管理，做到責(zé)任到人。

6.2 架棚施工安全技術(shù)措施

①當進行支架作業(yè)時，必須由專人統(tǒng)一指揮，由外向里逐架進行，當一架支好后及時用聯(lián)鎖器固定，防止支架歪倒傷人，工作時人員要站在坡的上方。

②人員運送支架時必須由專人指揮，統(tǒng)一口號，所有人員要拿穩(wěn)抓牢，防止擠手、滑落傷人，抬起和下放時必須緩慢起落。

③上工字鋼梁時，必須分工明確，并有專人統(tǒng)一指揮協(xié)調(diào)，兩人同時抬梁，兩人同時扶棚腿。

④工作面工字鋼棚梁與棚腿搭接、安裝頂聯(lián)鎖器時，人員嚴禁站在綜掘機截割頭上施工。

⑤架設(shè)工字鋼時，工作人員要佩戴好膠皮手套，防止工字鋼上的鐵屑或毛邊劃傷手。

⑥采用木垛接頂前，先找掉活矸危巖，設(shè)專人觀察頂板情況，如有冒落現(xiàn)象，及時通知施工人員撤離，搭設(shè)木垛時施工人員必須站在安全地點進行。

7 實施效果

韓咀煤礦32104 工作面切眼和32106 工作面切眼均在采空區(qū)下及在采空區(qū)煤柱下施工，通過采取礦壓監(jiān)測，支護設(shè)計，分次掘進施工等措施，安全、順利地完成了采空區(qū)下切眼施工。

該施工方案形成了一套完善的整合礦井采空區(qū)下掘進切眼施工技術(shù)。在地質(zhì)資料不詳、老空巷道分部無規(guī)則，切眼跨度大、老空區(qū)下頂板極不穩(wěn)定等因素的技改整合礦井，使用老空區(qū)下切眼施工方案，實現(xiàn)了安全生產(chǎn)。