近距離煤層采空區下切眼掘進技術

開灤股份有限公司呂家坨礦業分公司 楊樹東

近距離煤層采空區下切眼掘進技術

開灤股份有限公司呂家坨礦業分公司 楊樹東

5886工作面位于－800八采皮帶石門、軌道石門東翼。東以設計切眼為界，西以設計停采線為界，上以設計軌道巷為界，下以設計皮帶巷為界。該工作面地面相應位置位于小寨村東南約1.3 km處。地面標高＋34m，工作面標高－714.6～－620 m，上覆7煤層。5876工作面于2009年回采完畢，東為呂林井田邊界,傾斜上方5884工作面于2010年回采完畢，其它尚無采掘工程。開灤集團呂家坨礦業公司5886工作面切眼上部頂板為0.3 m左右的偽頂，為炭質泥巖；部分區域煤層合區，上覆為5876工作面采空區破碎煤矸膠結成的假頂，破碎嚴重，極易發生冒頂事故。本文，筆者以5886切眼掘進以來所遇到的問題，分析近距離煤層采空區的切眼掘進方法。

一、5886切眼地質條件和生產技術條件

1.煤層賦存情況。8煤層為穩定中厚煤層，煤厚2.1 ～ 2.6 m，平均煤厚2.3 m，煤層呈黑色，以光亮型為主，主要為層狀、塊狀或粉末狀，中軟或軟，煤層中下部局部夾小于0.05 m泥巖夾石一層。全工作面煤層傾角為21° ～ 30°，平均傾角為25°。該區域自西向東7–8煤層間距逐漸減小，間距由4.7 m減至0.3 m，切眼處煤層間距為0.3 m，部分區域合區，平均間距3.7 m，切眼方向煤層傾角為24°。8–9煤層平均間距為13.2 m。

2.生產技術條件。5886切眼設計長度120 m，切眼斷面為6.9 m（寬）×2.4 m（高）。切眼掘進采用先掘小斷面，待貫通后再擴寬的方式進行施工。小斷面掘進采用25U10.4 m2金屬拱型支架支護，巷道斷面為4.5 m（寬）×2.6 m（高），棚距800 mm，頂部鋪設8 m×0.8 m塑編網，并用小木板插背。切眼貫通后，再向回采側擴寬2.2 m，達到6.9 m，擴面側高度為2.4 m。切眼擴面時采用板棚配合單體柱支護，梁選用3.8 m長、斷面為160 mm×180 mm的方子木，柱選用DZ–3.15 m的單體液壓支柱，棚距800 mm，頂部鋪設4.0 m×1.0 m的菱形金屬網，并用小木板插背?；夭蓚炔捎脦途W和幫錨桿護幫，幫錨桿均選用Φ20 mm×2 000 mm的玻璃鋼樹脂錨桿，幫網使用規格為8 m×0.8 m的塑編網，幫錨桿與板棚子布置在同一個斷面上，幫錨桿使用兩卷Z2333型樹脂藥卷錨固。錨桿垂直煤壁，間距（800±50）mm，排距（800±50）mm。

二、切眼掘進施工工藝

1.小切眼掘進施工工藝。由于5886切眼坡度為24°，而掘進機的爬坡能力僅為±18°，因此，5886小切眼掘進采用炮掘方式，采用架棚支護。由于切眼處7、8煤層間距0.3 m，為預防冒頂和采空區塌通，在掘進時，留設1.5 m厚的頂煤，形成煤巖層復合頂板，加強頂板厚度。

另外，由于切眼施工過程中巷道坡度為24°，為防止施工時迎頭煤矸滾落傷人，采用每隔7 m在巷道中部用直徑不小于140 mm的圓木或同等規格的方子木打一顆中柱，并用10號鉛絲將規格為8 000 mm×800 mm的塑編網將中柱聯上將溜子側與行人側隔離開。其中，中柱距迎頭的距離不得大于15 m。另外，為防止工作人員上下礃時滑倒，切眼施工過程中在切眼中部設手繩，手繩用14號或以上規格的鉛絲同中柱拴牢并及時向前倒。

2.切眼擴面掘進施工工藝。切眼擴面采用由上往下的順序掘進，擴面開口位置為切眼上口和切眼中部，兩頭擴面。擴面處支護方式為板棚子配合單體柱支護。擴面時，垂直切眼方向掘進，采用長2.5 m、斷面為160×180 mm的方子木順切眼方向支護，向回采側擴寬2.2 m后，在2.5 m方子木下垂直切眼方向托3.8 m大板，再順切眼方向依次掘進，回采側采用幫網和幫錨桿護幫。

三、掘進過程中的頂板控制

5886切眼頂板巖層僅厚0.3 m，為加強頂板控制，掘進作業時留設1.5 m的頂煤，其本身壓力對巷道不會產生太大影響,對巷道產生破壞作用的主要是其上部采空區的動壓，它破壞巷道頂板的穩定巖層，使頂板的穩定巖層發生斷裂、破碎、漏空。因此，頂板壓力控制的關鍵是維持頂部巖層的穩定，盡量使巷道頂部煤巖層保持一個整體，減少掘進作業中的擾動，從而使其在巷道頂部形成煤巖層復合頂板，讓來自上部采空區的巨大動壓作用在巷道頂部巖層上，但又不產生局部破壞。來壓時，使巷道頂板保持整體下沉，礦壓控制就相對容易多了。另外，在巷道頂部鋪設頂網是近距離煤層巷道掘進中礦壓控制的首選方法。采用金屬菱形網或塑編網能為頂板提供一種有效的托護，網的張力能很好地把因壓力而發生斷裂、破碎的巖層牢牢網住，防止頂板漏空。

1.小切眼掘進過程中的頂板控制。小切眼掘進過程中，可采用多動手，并以響小炮、挖柱窩、留中心剁的方法掘進，以減少炮掘時對頂板的擾動。另外，為防止頂板不穩定并更好地控制頂板，掘進時可采用超前支護的形式。采用超前打管縫錨桿的方法，可有效加強空頂時的頂板支護，在實踐中也取得了較好的支護效果。

2.切眼擴面時的頂板控制。切眼擴面時也是采用多動手，并以響小炮、挖柱窩、留中心剁的方法掘進，以減少放炮時對頂板的擾動。為更好地控制頂板，掘進時可采用超前支護配合注漿加固的方法加固頂板，加固材料為北京瑞米1號A，B組，按體積比1∶1配比使用，注漿孔間距為3.0 m，注漿孔垂直于切眼方向，與水平面呈60°夾角，向回采側巷幫的斜上方打入，眼深2.0 m。

實踐證明，應用注漿加固技術可以改善膠結假頂內部的松散結構以及受力狀態，能提高假頂內部的黏聚力及其整體性和穩定性。

注漿加固技術的關鍵是采用了瑞米有機化學加固材料，該材料具有很強的滲透性，其漿液反應后的高膨脹性和高黏結力，使破碎煤巖體的膠結更加堅實牢固。

打管縫錨桿超前支護的方法有效地加強了空頂時的頂板支護，為掘進作業提供了有力的安全保障。

3.巷道側壓控制方法。為了防止巷道兩側煤體鼓出、變形或產生裂隙、松散垮落，支護上，回采側巷幫可使用塑編網配合幫錨桿護幫，老塘側采用可伸縮性拱形支架配合塑編網護幫的方案。

四、結論

通過5886工作面切眼的順利掘進，工作組進一步總結出了一套完整的近距離煤層采空區下巷道掘進技術，為5886工作面的煤炭的順利開采奠定了基礎，同時也為呂家坨礦業公司近距離煤層開采提供一套了可靠的掘進安全保障系統。實踐表明，多種支護形式、多樣化頂板控制方法的交叉聯合使用也有了有力的實踐基礎，在取得良好的掘進支護效果的同時，也必將產生巨大的經濟和社會效益，具有廣闊的推廣和應用前景。