煤礦巷道掘進過陷落柱施工技術(shù)研究

劉根民，齊德明

（晉能控股煤業(yè)集團 煤峪口礦，山西 大同 037041）

在煤礦掘進過程中，有時會揭露陷落柱型地質(zhì)構(gòu)造，增加了煤礦掘進難度，影響煤礦深入開采進度。 陷落柱影響區(qū)內(nèi)頂板巖石破碎，裂隙縱橫，出水量多，錨桿（索）錨固端巖性不穩(wěn)定。施工隊伍要加大對掘進過陷落柱主要施工技術(shù)研究力度，探究出高效的施工技術(shù)，以此來保證煤礦掘進工作面正常進行。本文以晉能控股煤業(yè)集團煤峪口礦C3-5 號層一盤區(qū)2102 系統(tǒng)巷穿越前方X9 陷落柱為背景， 探討巷道陷落柱影響下的頂板加強支護。

1 工程概況

C3-5 號層一盤區(qū)2102 系統(tǒng)巷荒斷面寬×高為5040×4020 mm，設(shè)計施工長度（平距）383 m。本工作面總體呈西高東低趨勢， 煤層底板標(biāo)高794-818 m，走向NE34°，傾向NE124°，傾角1～6°，平均3°，屬于特厚煤層，煤層穩(wěn)定性屬于較穩(wěn)定煤層。

巷道掘進至里程49 m 處時迎頭巖性發(fā)生突變，裂隙縱橫交錯，錨桿索錨固端巖性松軟，錨固效果極差，給巷道頂板安全帶來了較大危險。 依據(jù)地測部對前方地質(zhì)構(gòu)造的預(yù)測預(yù)報，在揭露陷落柱前對巷道前方陷落柱情況進行多維、放射狀勘探，探明前方X9 陷落柱產(chǎn)狀、出水情況以及影響范圍。 開口掘進56 米有X9 陷落柱，巷道穿過陷落柱56 m，棒槌狀，長軸276 m，短軸57 m，面積15919 m2。 在9# 層揭露，充填物雜亂，但密實，不含水，無伴生構(gòu)造。 巖粉、煤粉和各種粘土膠結(jié)，膠結(jié)性極差，掘進過程中極易出現(xiàn)巷道高頂、片幫等現(xiàn)象。 為保證C3-5 號層一盤區(qū)2102系統(tǒng)巷能夠安全快速通過X9 陷落柱，確定下面的施工方案。

2 施工方案

2.1 錨桿（索）支護施工

巷道原支護形式為錨網(wǎng)聯(lián)合支護。此巷道錨桿支護，錨桿采用左旋無縱筋螺紋鋼錨桿，型號是MSGLW-400/22×2400 mm，間排距900×1000/2000 mm （兩排錨桿一排錨索）， 配合型號為4700×250×3.75 mm 的W 型鋼帶、 型號為130×130×8 mm 的蝶形托盤。 錨索SKP17.8-1/1860×6300 mm， 間排距1300×3000 mm， 配合型號為4400×330×6 mm 的JW 鋼帶、型號為220×200×12 mm 的異型托盤。 角錨索SKP 17.8-1/1860×6300 mm， 間排距5000×3000 mm， 配合L=600 mm 的11# 工字鋼和型號130×130×8 mm 的蝶形托盤。幫錨桿間排距900×1000 mm， 配合型號為450×250×3.75 mm 的W 短節(jié)鋼帶、 型號130×130×8 mm 的蝶形托盤。頂鋪φ6 mm 鋼筋網(wǎng)，幫鋪8#菱形金屬網(wǎng)。

過此X9 陷落柱期間，采用短掘短支，頂板支護間距由原來1 m 縮小到0.5 m， 最大控頂距不得大于0.6 m，并對頂幫及時進行支護，盡量縮短頂板暴露時間及減少暴露面積。 頂板破碎時，施工“鋼針”、錨桿等超前支護，超前維護頂板。掘進隊在施工過程中無論頂板煤巖層穩(wěn)定性好壞，必須采用機載前探臨時支護，并配備4-6 根單體液壓支柱和液箱作為加強臨時前探支護。

錨桿（索）支護流程：錨桿（索）孔鉆好后，用風(fēng)管將鉆孔內(nèi)的殘渣吹凈，用錨桿將樹脂錨固劑頂入鉆孔內(nèi)，用120 型號氣動鉆將錨桿輕輕推至孔底，再進行旋轉(zhuǎn)攪拌，攪拌時間為30 秒左右，等待180 秒后撤下鉆機， 再等待15 分鐘后安裝W 型鋼帶及托板，并擰緊加強螺母。

錨桿（索）支護要求。錨桿（索）的桿體及配件的材質(zhì)、品種、規(guī)格、強度、承載力等主控項目，都必須符合設(shè)計要求，入井前必須經(jīng)驗收員嚴(yán)格驗查，對不合格的材料嚴(yán)禁入井使用。 井下作業(yè)人員施工時必須要求鋼帶與頂板表面貼緊， 錨桿（索）的錨固力、預(yù)緊扭矩（預(yù)緊力）符合國家標(biāo)準(zhǔn)。 確保支護效果穩(wěn)定，避免出現(xiàn)頂板離層等現(xiàn)象。 錨索安裝48 小時后，如發(fā)現(xiàn)預(yù)緊力下降，必須及時重新補打錨索支護，并采取相應(yīng)的安全技術(shù)措施，保證支護效果穩(wěn)定。 金屬網(wǎng)必須緊貼頂幫，并用角錨桿及護幫托板貼緊壓實，金屬網(wǎng)搭接寬度≥200 mm， 采用8#鐵絲對金屬網(wǎng)進行鏈接，鏈接方式采用雙絲雙股，呈三花鏈接布置。錨桿支護采用φ28 mm 的鉆頭， 采用1 根快速（φ23×300 mm）樹脂錨固劑和1 根快速（φ23×600 mm）樹脂錨固劑，錨固長度不得小于900 mm。錨索支護采用φ26 mm 的鉆頭， 采用1 根快速（φ23×300 mm） 樹脂錨固劑和2 根快速 （φ23×600 mm） 樹脂錨固劑， 錨固長度不得小于1500 mm。

2.2 架棚支護施工

在支護過程中如需架棚梁支護時，應(yīng)先控制頂部及兩幫， 再進行架棚。 棚梁間距可縮小到0.5 m,甚至密棚支護。

在錨桿、錨索支護之后，施工作業(yè)人員在永久支護的掩護下進行挖棚窩工作，棚窩必須清至硬底,當(dāng)巷道兩幫棚窩清好后，將棚腿立在棚窩中，并將棚腿固定牢固，之后再上棚梁，棚梁與棚梁搭接不小于400 mm，并安裝卡纜連接件，卡纜與卡纜間距200 mm， 卡纜螺母擰緊力矩不得小于150 N.m。 安裝好后將棚梁放正，每架棚子上8根拉桿。滿鋪金屬網(wǎng)，用充填材料將棚子與頂、幫剎緊背牢，用水泥背板將幫頂腰實、背嚴(yán)、塞緊，分別在棚腿的上、中、下部位使用撐木。

2.3 注漿支護施工

如果上述施工方法依然難以控制破碎頂板，存在安全隱患時， 則采用注漿錨索+水泥注漿加固支護的方法施工。 采用規(guī)格為φ22×8300 mm的注漿錨索，采用PO42.5 MPa 普通硅酸鹽水泥，水灰比為0.6～0.8∶1， 注漿鉆孔采用中30 金剛石鉆頭， 注漿錨索打設(shè)采用3-2 布置， 間排距1600×800 mm；遵循由低到高，逐排逐孔的順序進行注漿。 注漿順序采用先稀漿，后濃漿逐級加漿的原則進行漿液濃度的變換，起到長距離注漿堵水的效果。 注漿泵壓力控制在2～3 MPa。 施工巷道與陷落柱距離約為3 m 時， 施工第一排注漿鉆孔，鉆孔與頂板的夾角為45°向上傾斜打孔[1]。注漿過程中若有漿液滲出，立即停止注漿，此時表明漿液已充分與煤體接觸。當(dāng)?shù)谝慌抛{孔注漿完畢后，再次對巷道掘進2.5 m 后，施工第二排注漿鉆孔，重復(fù)循環(huán)流程，直到巷道掘進通過陷落柱。

注漿施工流程：

在需要注漿加固的影響段，按照設(shè)計打設(shè)注漿錨索若干。

搭設(shè)穩(wěn)固的作業(yè)平臺→標(biāo)記鉆孔位置→架設(shè)鉆機，調(diào)整角度打孔→壓氣排凈殘渣→將錨固劑推至孔底→開啟鉆機，邊頂推邊攪拌錨索→等待10 分鐘后開始漲拉注漿錨索。 注漿錨索打設(shè)一定數(shù)量后開始注漿，打設(shè)注漿錨索與開始注漿之間要間隔至少24 h。 注漿錨索頭連接注漿系統(tǒng)→配置水泥漿→注漿 （注漿至終壓穩(wěn)定在4 MPa 或者出現(xiàn)漏漿、 跑漿等）→停泵→拆除注漿系統(tǒng)，此時單孔注漿結(jié)束。

在注漿施工作業(yè)期間，作業(yè)人員應(yīng)隨時注意瓦斯的含量。 注漿期間，注意觀察巷道頂幫壓力的變化情況，防止因注漿壓力過大而造成頂幫大面積開裂和脫落。

2.4 施工安全措施

嚴(yán)格按照集團公司四個整頓、 三個延伸、兩個保障、一個要求執(zhí)行。 工作面?zhèn)?-6 根單體柱和液箱作為臨時前探支護， 且存放距迎頭的距離不得超過20 米，三用閥、液槍、液管、頂梁、液壓油必須齊全并有備用。

施工作業(yè)前必須對施工現(xiàn)場進行 “四位一體”安全準(zhǔn)入檢查。 作業(yè)前，現(xiàn)場進行安全檢查，瓦檢員必須檢查瓦斯?jié)舛龋挥性谕咚節(jié)舛刃∮?.8%，其他人員才準(zhǔn)進入作業(yè)。 瓦斯檢查員在接近陷落柱掘進時， 檢測瓦斯不少于每小時一次。一旦出現(xiàn)瓦斯涌出現(xiàn)象，立即停止作業(yè)，撤出人員、切斷電源、匯報施工單位及調(diào)度室等相關(guān)單位，制定專門措施處理。 施工中隨時對施工現(xiàn)場進行“敲幫問頂”檢查，如有零皮，必須先用2 米長撬棍站在安全地點處理零皮， 確保安全生產(chǎn)。施工作業(yè)時，作業(yè)人員必須站在可靠的永久支護下作業(yè)，并清理好退路[1]。

在施工過程中必須由專業(yè)的鉆探隊伍進行鉆探，嚴(yán)格堅持“有疑必探，先探后掘”的探放水原則。 巷道掘進時，掌握施工動態(tài)和圍巖變化情況，及時驗證提供的地質(zhì)資料。 過陷落柱破碎帶涌水量異常時，制定專門措施處理[2]。

在施工作業(yè)過程中，如若出現(xiàn)兩幫壓力顯著增大、底鼓或產(chǎn)生裂隙、發(fā)生涌水、掛紅掛汗、空氣變冷、產(chǎn)生霧氣、水色變混、水發(fā)澀有異味等突水預(yù)兆現(xiàn)象，應(yīng)立即查明原因，并向調(diào)度室匯報，情況緊急時立即按避災(zāi)路線撤出人員[2]。

施工中要經(jīng)常觀察圍巖穩(wěn)定狀況的變化，及時掌握陷落柱出露的時間。一旦發(fā)現(xiàn)異常要及時處理,防患于未然。 要嚴(yán)格執(zhí)行公司安全生產(chǎn)指令，安排專人現(xiàn)場跟班處置，直至通過特殊區(qū)域。對所遇問題礦井無法處置或沒有安全保障的，要立即向上一層級主管部門匯報、處置，并執(zhí)行“提級管控”。

架棚巷道支護設(shè)計必須參照《采礦工程設(shè)計手冊》中的設(shè)計方法，根據(jù)圍巖特征、破碎程度、壓力大小、服務(wù)年限等科學(xué)、合理確定鋼棚材質(zhì)、棚間距、防倒方式、網(wǎng)片規(guī)格等基礎(chǔ)支護參數(shù)。

掘進巷道過特殊區(qū)域施工管理規(guī)定。施工技術(shù)安全組織措施中必須明確循環(huán)進度、 支護方式、施工工藝、施工工序、礦壓監(jiān)測及支護質(zhì)量等要求?，F(xiàn)場錨索張拉機具、錨桿拉拔機具、錨桿緊固機具、施工機具以及支護質(zhì)量檢測工具等均要做到“一用一備”。 錨桿（索） 張拉機具必須為“MPa”與“kN”雙顯表頭[1]。

3 結(jié)論

在煤礦掘進巷道過陷落柱地質(zhì)構(gòu)造時，要科學(xué)利用錨網(wǎng)支護技術(shù)，提升煤礦工作面掘進過陷落柱施工進度，減少煤礦安全事故發(fā)生，提升煤礦整體效益。