掘進工作面過老巷及斷層期間安全技術研究

席敦剛，賈秀春，閆春來

（山東省兗州市大統(tǒng)礦業(yè)有限公司，山東 兗州 273155）

1 概述

山東省兗州市大統(tǒng)礦業(yè)有限公司楊莊煤礦現(xiàn)在主采3煤，3煤層1997-2005年進行開采，由于受當時設備和技術的限制，僅回采一分層2.2 m，遺留大量殘煤，且大規(guī)模范圍內(nèi)頂板破碎。為了有效緩解資源枯竭帶來的難題，決定對九采區(qū)剩余煤炭資源進行復采。

93091軌道順槽開門口往里約341 m、從停掘位置按大于煤層線角度2°～5°下山施工至揭露9309下順槽末段，按照底煤不大于0.5 m留底掘進，直至揭露F63斷層。F63斷層位于開門口往里432 m，為正斷層，落差為10 m，傾角45°，如圖1所示。

圖1 93091軌道順槽預測平面圖

掘進工作面過老巷及斷層期間存在頂板管理困難、通防及水文地質(zhì)情況不明等難題，通過加強頂板管理、超前鉆探等措施有效的保證了掘進工作面過老巷及斷層期間的安全生產(chǎn)。

2 掘進工作面過老巷及斷層期間安全技術研究

2.1 掘進工作面過老巷頂板安全技術管理

1）93091軌道順槽施工期間，通過9309下順槽前、后10 m范圍加強支護，頂部錨桿采用螺紋鋼φ16 mm×2 000 mm，錨桿間排距為700 mm×700 mm，誤差±100 mm。幫部錨桿采用φ16 mm×1 500 mm螺紋鋼，錨桿間距700 mm，誤差±100 mm。錨桿錨固力、錨固長度、錨桿的預緊力矩及幫部錨桿排距同主巷道。巷中打設一排錨索，右?guī)兔褐∮?.5 m時，在右?guī)涂拷绺C增加一排錨索，通過老巷后肩窩處錨索不再打設，錨索間距每3排錨桿打設1根，錨索距迎頭的距離不得超過6 m，頂板破碎嚴重時緊跟迎頭。

2）若兩幫及頂板煤體較軟、片幫嚴重時，幫部錨桿使用2.0 m長錨桿，頂幫采用規(guī)格15 cm×15 cm（±10 mm）托盤或鋼筋梯子；幫部最下面一排錨桿滯后迎頭距離不大于1個錨桿間排距。

3）掘進過程中如頂板完整性較差時，需對巷道加強支護。頂板重皮、破碎、有軟弱層時，頂板打設雙排錨索，錨索排距1.5 m，從巷中向兩側對稱布置（誤差±100 mm），錨索間距每3排錨桿打設1根，錨索距迎頭的距離不得超過6 m，頂板破碎嚴重時緊跟迎頭。頂部使用錨桿+鋼帶或錨桿+鋼筋梯子加強支護。加強支護延伸至正常區(qū)段不小于3 m。

4）93091軌道順槽揭露9309下順槽后，右側幫部（9309下順槽頂板）出現(xiàn)小面積懸空時，為防止右側幫部冒落，沿右側幫部懸空邊緣，使用左旋無縱筋全螺紋鋼Ф16 mm×1 500 mm斜向上方向打設一排錨桿。

5）現(xiàn)93091軌道順槽接近9309下順槽揭露位置，掘進期間兩巷道之間煤柱逐漸變窄，打設錨桿時根據(jù)煤柱實際厚度選擇相應長度短錨桿進行支護，當錨桿長度小于1 000 mm時，對錨桿全長錨固。錨桿預緊力矩能達到60 kN·m時必須達到60 kN·m，其他情況，以上緊錨桿托盤為準。也可使用長度合適的對拉錨桿支護煤柱。煤柱小于0.5 m無法打設錨桿時，需在二運后靠幫支設帶帽點柱，柱距1m±0.2 m。初撐力不低于7 MPa。

2.2 掘進工作面過老巷通防安全技術管理

1）揭露老巷施工必須執(zhí)行先探后掘制度。按要求打設探眼，邊探邊掘，探孔不用時使用黃泥封堵嚴實。因小夾角揭露，探眼在迎頭垂直巷幫打設。

2）探眼打透老巷后，由瓦檢員檢測老巷內(nèi)的氣體情況，檢測指標主要包括：CH4、CO2、O2、CO。因低氧高氮環(huán)境會使光瓦檢測數(shù)據(jù)產(chǎn)生偏差，如老巷內(nèi)O2濃度低于18%時，CH4數(shù)據(jù)以便攜儀檢測為準，在確認老巷內(nèi)甲烷濃度不超過1%時方可繼續(xù)施工，如甲烷濃度超過1%，則另行制定措施揭露老巷。

3）93091軌道順槽施工至距揭露老巷小于0.5m煤柱（幫部探眼為準）時停止掘進，先揭露老巷再向前掘進。為防止貫透老巷后大量低氧高氮氣體突然涌出，嚴禁一次性大面積貫透老巷，必須采取先施工小孔洞，然后逐漸擴刷的方式貫透老巷。

4）揭露老巷后，利用檢定杖長膠管檢測老巷內(nèi)的氣體情況，如甲烷濃度不超1%時，接短節(jié)甩到老巷內(nèi)排放老巷內(nèi)氣體，施工時將風筒對錯連接，控制送如風量，要利用便攜儀隨時檢測迎頭及回風流的氣體情況，有害氣體超《規(guī)程》規(guī)定或氧氣濃度低于18 %時，必須減小送風量。當檢測老巷內(nèi)回風流中各種氣體濃度符合規(guī)定，且穩(wěn)定30 min無變化，方可撤出風筒，恢復正常掘進。

5）老巷完全揭露后，在揭露點以外5～6 m處打設全封閉金屬網(wǎng)柵欄，并揭示警標嚴禁入內(nèi)，懸掛瓦斯檢查牌板，現(xiàn)場瓦檢員每班至少檢測一次柵欄處的氣體情況。如揭露點以外巷道失修，必須先維修加固巷道，維修巷道距離要根據(jù)揭露點小三角情況，以小三角煤柱能保留住為準，向外維修不得小于6 m，以便下一步封閉。

6）如揭露點以外巷道基本完好能夠維修時，巷道維修完畢下一步施工永久密閉封閉盲巷。

7）如揭露點以外巷道片帽嚴重不能維修時，在揭露點施工隔離墻掛網(wǎng)噴漿封閉。隔離墻采用袋裝碎煤或碎矸碼放而成，厚度不得低于1.5 m，兩側掛金屬網(wǎng)并與幫頂固定，兩幫及頂板固定點均不得少于3處，防止隔離墻歪倒。噴漿范圍：隔離墻及以外的巷道幫頂，軌道順槽內(nèi)小三角及以外5 m范圍內(nèi)的巷幫、巷頂1.5 m全部噴漿，噴漿厚度必須覆蓋金屬網(wǎng)。

2.3 掘進工作面過老巷防治水安全技術管理

由于巷道前方為未開采區(qū)域，地質(zhì)資料不詳，預掘范圍內(nèi)仍可能發(fā)育其它地質(zhì)構造，揭露9309下順槽老巷末段前需加強積水及有害氣體監(jiān)測，在迎頭及右?guī)兔? m施工一組探眼。迎臉探眼布置在巷中頂板下2.0 m位置，長度7 m；右?guī)吞窖鄄贾迷谟壹绺C頂板下2.0 m位置，與右?guī)蛫A角約20°，長度7 m（可根據(jù)現(xiàn)場實際適當調(diào)整），探眼順向下扎布置。93091軌道順槽通過老巷后，右側肩窩側鉆孔不再施工。超前探孔施工要求改變時，以地測科通知為準。探放水前必須保證排水泵（風泵或電泵）完好，若探孔與老巷貫透后無水流出，施工完畢探孔后及時使用黃泥封堵探孔。鉆探期間，由瓦檢員每班巡檢，檢測現(xiàn)場氣體變化情況，如有異常，及時匯報。

2.4 掘進工作面過老巷維修安全管理

1）維修前對老巷支護情況進行檢查，并對貫通點老巷底板進行清理。維修時按由外向里、由巷中往兩側的順序進行。安排1名有經(jīng)驗的人員專門負責觀察頂板，檢查巷道的支護情況，并攜帶長把工具，嚴格執(zhí)行敲幫問頂制度，發(fā)現(xiàn)不安全情況及時處理。

2）對頂幫墜網(wǎng)較嚴重的，先解開網(wǎng)子放掉墜煤；一次性解開網(wǎng)子放煤的面積不要太大，一般不要超過1個錨桿的間排距，夠一排錨桿及時打一排錨桿掛網(wǎng)。剪除墜網(wǎng)和銹蝕的金屬網(wǎng)后必須認真敲幫問頂后，確認安全后，再進行錨網(wǎng)支護。

3）維修時先將頂幫墜網(wǎng)嚴重的煤找掉，確實找不掉的可不再找，防止找頂、找?guī)秃舐╉敿捌瑤头秶鷶U大。對墜網(wǎng)比較明顯或因放掉碎煤后造成原錨桿支護失效的部位重新錨網(wǎng)，上緊托盤，貼緊煤巖面，金屬網(wǎng)必須張緊，原支護錨桿影響施工時及時處理或鋸掉。

4）維修時支設好帶帽點柱臨時支護，點柱初撐力不小于4 MPa，柱帽應順向布置，以不影響打設錨桿為準，單體支柱之間距離0.8～1.2 m。帶帽點柱的柱帽規(guī)格：長度不小于0.6 m；寬、厚不小于0.1 m。若頂板破碎等冒落超高呈不規(guī)則形狀，不便于按上述要求打設帶帽點柱時，帶帽點柱的間距、角度等應根據(jù)現(xiàn)場實際條件打設，臨時支護必須達到支護有效。單體支柱做臨時支護時柱子距離最前排錨桿不超過1排錨桿間排距，柱帽最前端距離迎頭距離不得超過1個錨桿間排距。

5）迎頭打設單體支柱前先敲幫問頂處理掉頂部及兩幫的危巖懸矸（煤），為減小空頂時間利用水壓先從巷道的一側支設單棵支柱，然后再逐步打設另一側；打設完一排后再打設下一排，根據(jù)現(xiàn)場處理矸（煤）的距離逐步往前挪移。

6）維修時頂部（或拱基線上）和幫部錨桿選用φ16 mm×1 500 mm的左旋無縱筋螺紋錨桿；維修時在老巷頂部約中間位置打設1根錨桿，然后向兩側打設其他錨桿，錨桿間排距900 mm×900 mm，誤差±100 mm，最下一排錨桿距底板不超1個錨桿間排距（以實際底板為準）。打設錨桿時與原錨桿盡量錯開，具體位置可根據(jù)現(xiàn)場實際情況適當調(diào)整；頂、幫部錨固長度均不少于700 mm，錨桿外露長度10～50 mm，錨固力60 kN；預緊力矩煤層內(nèi)不小于60 N·m，巖層內(nèi)不小于120 N·m。

7）維修掛網(wǎng)采用10號鐵絲加工菱形金屬編織網(wǎng)。金屬編織網(wǎng)規(guī)格為：長×寬=2 000×1 000 mm，網(wǎng)格為：長×寬=70 mm×70 mm，正常情況下編織網(wǎng)之間連接方式采用直接對接，對接時可利用邊緣的鐵絲端頭相互扭結進行連接。

2.5 掘進工作面過斷層安全技術管理

1）受斷層影響提前約10 m位置，有煤體破碎或松軟現(xiàn)象時即開始加強支護，通過后加強支護延至正常區(qū)段不少于10 m，F(xiàn)63斷層水文地質(zhì)條件不明，93091軌道順槽施工期間施工坡度可根據(jù)現(xiàn)場底煤厚度、煤層傾角及探測實際情況調(diào)整，穿過斷層后再逐步沿頂施工。

2）93091軌順過F63斷層受斷層影響，提前15 m開始加強支護，通過后加強支護延至正常區(qū)段不少于15 m。頂、幫部錨桿加密，頂部錨桿采用左旋無縱筋全螺紋鋼φ16 mm×2 000 mm，錨桿間排距為700 mm×700 mm，誤差±100 mm。幫部錨桿采用左旋無縱筋全螺紋鋼φ16 mm×1 500 mm，錨桿間距為700 mm，誤差±100 mm。錨桿錨固力、錨固長度、錨桿的預緊力矩及幫部錨桿排距同主巷道，巷中打設雙排錨索，錨索排距1.5 m，從巷中向兩側對稱布置（誤差±100 mm），錨索間距每3排錨桿打設1根，錨索距迎頭的距離不得超過6 m，頂板破碎嚴重時緊跟迎頭。

3）若兩幫及頂板煤體較軟、片幫嚴重時，幫部使用2.0 m長錨桿，頂幫采用規(guī)格15 cm×15 cm（±10 mm）托盤或使用錨桿+鋼帶或錨桿+鋼筋梯子加強支護；幫部最下面一排錨桿滯后迎頭距離不大于1個錨桿間排距。錨索緊跟迎頭。

4）如頂板較硬，破巖困難時，可將巖層面錨網(wǎng)支護，后退綜掘機臥底下扎吃底掘進，減小吃頂厚度。臥底段巷高以臥底后實際為準。局部巷道高度較高時順平底板圓滑過渡即可。臥底后可在綜掘機二運后對裸幫超高段補打錨桿，臥底補打錨桿區(qū)域裸幫高度不超過一排錨桿間排距。

5）93091軌道順槽過F63斷層期間，過斷層前后15 m必須采取錨網(wǎng)后套棚的方式加強支護，套棚時棚梁及棚腿采用12號工字鋼，斷面為距形，棚梁長為約3.9 m，棚腿長約3.5 m。頂部背板5～6塊；幫部背板4塊，上面的背板（以背板上邊沿為準）距棚梁下平面400～600 mm；下面第二塊（以背板上邊沿為準）距上面一塊（以背板下邊沿為準）800～1 000 mm；下面第三塊（以背板上邊沿為準）距上面一塊（以背板下邊沿為準）800～1000 mm；下面第四塊（以背板上邊沿為準）距上面一塊（以背板下邊沿為準）800～1 000 mm。棚間距700 mm（中-中），誤差±100 mm。為了確保鋼棚的穩(wěn)定性，采用左旋無縱肋螺紋鋼φ16 mm的錨桿配合夾板固定，錨桿長度為1 500 mm，錨固長度不少于700 mm，錨桿外露長度以滿足固定要求為準。每個棚腿使用2組專用夾板，位于棚腿的中上部和中下部，并使用木料接實。架棚時，先固定棚腿，然后上棚梁，上梁時人員注意手腳。

6）套棚時，先正常錨網(wǎng)支護，然后架設工字鋼棚（鋼棚可根據(jù)錨網(wǎng)支護情況在綜掘機后架設或跟迎頭錨網(wǎng)架設）。如頂幫煤體破碎嚴重，錨網(wǎng)支護不可靠時，需先架棚支護后，再在兩鋼棚之間打設頂部及幫部錨桿。

7）所架棚子必須做到梁平、且與巷道中心線垂直并有與巷道坡度相適應的迎山角，一般每6°～8°迎山1°，以保證棚子支護有力；棚腿與棚腿間必須使用拉桿，每架棚安設6根拉桿，在棚腿兩側安設4根，一側2根，頂梁兩側分別安設1根，拉桿必須達到牢固可靠，同一位置的拉桿必須打成一條直線（變坡點或巷道底板起伏較大時除外），拉桿可使用卡爪固定；棚梁端頭必須用木剎與兩幫剎實，梁與頂、腿與幫間用木剎、背板背實。

圖2 93091軌道順槽復棚斷面圖

3 效果分析及總結

掘進工作面過老巷及斷層期間均為礦井安全管理的重點，如何加強頂板管理、通防與水災的提前預防預測成為關鍵，通過加強支護等措施有效的保證了工作面過斷層及老巷期間的頂板安全。超前鉆探、提高支護強度等措施有效的保證了掘進工作面過老巷及斷層期間的安全，未出現(xiàn)通防及水災事故。