大斷面巷道穿越采空區(qū)掘進(jìn)工藝

路明文，韋連波

微山崔莊煤礦有限責(zé)任公司，山東 濟(jì)寧 277606

微山崔莊煤礦有限責(zé)任公司礦井設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力60萬(wàn)噸/年，核定生產(chǎn)能力120萬(wàn)噸/年。立井單水平上下山開拓，開采水平為-250m水平，現(xiàn)主采3上、3下兩層煤。隨著礦井一采區(qū)、二采區(qū)3上回采結(jié)束和開拓工程的延伸，礦井通風(fēng)阻力增大，負(fù)壓增大，原有的主要進(jìn)風(fēng)巷道-250m水平軌道大巷巷道斷面（僅為7.2m2）已不能滿足礦井三、四采區(qū)開拓和通風(fēng)需求，制約了礦井的發(fā)展，為此必須對(duì)-250m水平軌道大巷進(jìn)行改造。

1 大巷改造方案

1.1 改造方案

為減小通風(fēng)阻力，提高礦井有效風(fēng)量，滿足礦井安全生產(chǎn)需要，通過分析和大量現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研，根據(jù)礦井實(shí)際情況對(duì)大巷改造提出2種方案。

方案1:在原-250m水平軌道大巷的基礎(chǔ)上對(duì)巷道斷面進(jìn)行刷大。

方案2:重新施工一條巷道，對(duì)-250m水平軌道大巷進(jìn)行改道取直。

1.2 方案選擇

方案1:優(yōu)點(diǎn)比較明顯施工方便、工程量小、成本低；其缺點(diǎn)就是-250m水平軌道大巷為主要運(yùn)輸巷道施工時(shí)影響礦井生產(chǎn)，巷道不直有4處拐彎影響通風(fēng)。方案2:優(yōu)點(diǎn)不影響礦井正常生產(chǎn)，巷道取直后不僅解決礦井通風(fēng)還便于軌道運(yùn)輸；缺點(diǎn)工程量大、成本高，施工難度大，其中180m巷道需要穿越3上煤采空區(qū)。

為了不影響礦井生產(chǎn)，考慮礦井長(zhǎng)遠(yuǎn)規(guī)劃和發(fā)展，因此決定選用方案2。

2 工程概況

-250m水平軌道大巷改道取直工程井下位于湖區(qū)2#皮帶巷以南，原-250水平軌道大巷以北，開口處在三采區(qū)輔助軌道上山下口以東22m處，停工處在軌運(yùn)2#聯(lián)絡(luò)巷。巷道設(shè)計(jì)長(zhǎng)度420m布置在3上煤層底板中，其中巷道中部180m需要通過3上煤層采空區(qū)，巷道設(shè)計(jì)半圓拱形斷面，采用錨網(wǎng)（索）噴漿配合25U型鋼拱形可縮性金屬支架聯(lián)合支護(hù)，巷道凈寬4.5m，凈高3.75m，凈斷面積15.4m2，掘進(jìn)斷面積17.4m2。

3 施工方法

-250m水平軌道大巷改道取直工程的關(guān)鍵之處，就是巷道中部180m如何穿越3上煤層采空區(qū)，為了保證巷道通過采空區(qū)時(shí)施工安全，防止巷道在通過采空區(qū)過程中發(fā)生冒頂、有害氣體溢出及自燃發(fā)火等事故，經(jīng)過調(diào)研論證和各方面綜合比較，決定先期采用導(dǎo)硐施工通過采空區(qū)，然后對(duì)頂板注漿加固后再進(jìn)行擴(kuò)大施工方法。就是先期在采空區(qū)下方底板巖石中掘進(jìn)小斷面巷道與采空區(qū)留設(shè)0.5m保護(hù)層通過采空區(qū)，然后在導(dǎo)硐內(nèi)對(duì)頂板的采空區(qū)進(jìn)行注漿加固，形成再生頂板，增加頂板的厚度及強(qiáng)度，達(dá)到擴(kuò)幫挑頂要求后，再對(duì)導(dǎo)硐進(jìn)行擴(kuò)大至設(shè)計(jì)斷面尺寸。

4 支護(hù)設(shè)計(jì)

為了解決巷道穿采空區(qū)的支護(hù)問題，考慮到巷道為永久使用巷道，服務(wù)年限長(zhǎng)，并擔(dān)負(fù)礦井運(yùn)輸任務(wù)，因此該段巷道的支護(hù)既要有足夠的承壓強(qiáng)度，又要保證施工安全，故巷道穿采空區(qū)的支護(hù)，導(dǎo)硐采用工字鋼梯形架棚支護(hù)，擴(kuò)大后的巷道永久支護(hù)采用錨網(wǎng)噴配合U型鋼拱形可縮性金屬支架聯(lián)合支護(hù)。

導(dǎo)硐支護(hù)參數(shù): 11#礦用工字鋼梯形架棚支護(hù)，梁長(zhǎng)3.22m，腿長(zhǎng)2.6m；優(yōu)質(zhì)背板、板梁、撐桿，8＃鍍鋅鐵絲制作的菱形金屬網(wǎng)；斷面規(guī)格:上凈寬3.0m，下凈寬4.0m，凈高2.2m，棚距0.8m。

永久支護(hù)（刷大后巷道）參數(shù):巷道斷面形狀為半圓拱形，巷道斷面為凈寬×凈高=4.5×3.75m；錨桿采用20MnSI鋼制成的等強(qiáng)度螺紋鋼錨桿，Φ18mm，長(zhǎng)度為2000mm，間排距0.8m，10#鍍鋅鐵絲制作的經(jīng)緯網(wǎng),噴射混凝土的強(qiáng)度不低于C20，噴厚160mm ，25 U型鋼拱形可縮性金屬支架，規(guī)格:凈寬4.6m，凈高3.8m，金屬支架間距0.8m。

5 施工工藝

5.1 導(dǎo)硐施工工藝及要求

1）巷道正常施工至距采空區(qū)5m時(shí)，在巷道中下部底板巖石中與采空區(qū)留設(shè)0.5m保護(hù)層掘進(jìn)上寬3m、下寬4m，凈高2.2m巷道。導(dǎo)硐采用鉆爆法施工，簡(jiǎn)易光面爆破，施工工藝流程如下:安全檢查→打眼放炮→安全檢查→臨時(shí)支護(hù)→出碴→永久支護(hù)（架設(shè)11#工字鋼棚）；

2）施工中嚴(yán)格執(zhí)行“邊探邊掘”的原則，提前探明采空區(qū)水、瓦斯等情況，保證導(dǎo)硐頂板與采空間距不小于0.5m；

3）循環(huán)進(jìn)度始終控制在0.8m，采用“短掘短支”的施工方式作業(yè)，針對(duì)頂板層間距大小采取放小炮、縮小周邊眼間距控制裝藥量，減少放炮次數(shù)，以減少放炮對(duì)圍巖的震動(dòng)破壞；

4）加強(qiáng)頂板管理，進(jìn)入工作面前要進(jìn)行安全檢查，敲幫問頂找掉活矸危巖，爆破后及時(shí)進(jìn)行臨時(shí)支護(hù)，對(duì)空頂?shù)膰鷰r及時(shí)有效支護(hù)，防止漏、冒頂；

5）加強(qiáng)通風(fēng)管理，局部通風(fēng)機(jī)使用雙回路供電，安設(shè)雙風(fēng)機(jī)自動(dòng)分風(fēng)裝置，以保證工作面正常通風(fēng)；

6）導(dǎo)硐成巷后及時(shí)向頂部噴射50mm混凝土，進(jìn)行封閉防止向采空區(qū)漏風(fēng)；并使用單體液壓支柱對(duì)導(dǎo)硐鋼棚支護(hù)進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù)。

5.2 導(dǎo)硐施工的應(yīng)用效果

1）快速通過了采空區(qū)與已施工的巷道貫通，形成全風(fēng)壓通風(fēng)，解決了通風(fēng)、防塵問題；

2）縮小了圍巖的暴露面積和時(shí)間，減小了臨時(shí)支護(hù)空間，使巷道的頂、幫易于維護(hù)，有效的防止漏、冒頂事故的發(fā)生，保證了施工安全；

3）與采空區(qū)留有0.5m的保護(hù)層，有效的防止了向采空區(qū)漏風(fēng)和有害氣體的溢出；

4）有效釋放采空區(qū)應(yīng)力、改善圍巖承載能力，充分發(fā)揮圍巖的自承力，降低了應(yīng)力對(duì)后期巷道擴(kuò)大影響；

5）導(dǎo)硐內(nèi)對(duì)頂板采空區(qū)進(jìn)行注漿加固施工方便，便于控制采空區(qū)注漿加固范圍，有效的保證注漿效果達(dá)到巷道擴(kuò)幫挑頂要求；

6）在導(dǎo)硐內(nèi)對(duì)頂板采空區(qū)加固后，兩頭同時(shí)作業(yè)對(duì)導(dǎo)硐進(jìn)行擴(kuò)大，縮短了巷道的施工工期。

5.3 導(dǎo)硐刷大工藝及要求

1）頂板采空區(qū)注漿加固完成后，必須對(duì)注漿效果進(jìn)行鉆孔檢測(cè)，確認(rèn)達(dá)到設(shè)計(jì)效果時(shí)方可對(duì)導(dǎo)硐刷大，否則必須進(jìn)行補(bǔ)注；

2）巷道采用挑頂擴(kuò)幫的方法對(duì)導(dǎo)硐進(jìn)行刷大，兩幫采用錨網(wǎng)支護(hù)，頂部架設(shè)25U型鋼棚支護(hù)。導(dǎo)硐刷大施工順序:交接班→安全檢查→打眼放炮→安全檢查→臨時(shí)支護(hù)→出渣→架設(shè)U鋼棚→兩幫打錨桿掛網(wǎng)→初噴→復(fù)噴成巷。首先采用鉆眼爆破的方法對(duì)導(dǎo)硐進(jìn)行挑頂擴(kuò)幫，爆破后及時(shí)對(duì)頂部進(jìn)行臨時(shí)支護(hù)，然后出渣，渣出完后拆掉導(dǎo)硐內(nèi)的工字鋼棚架設(shè)U型鋼棚，當(dāng)前探梁所控制頂板范圍內(nèi)的U型鋼棚架設(shè)完畢，兩幫打錨桿掛網(wǎng)后初噴封閉頂板圍巖，初噴厚度不低于30mm，巷道成型后及時(shí)復(fù)噴成巷；

3）導(dǎo)硐挑頂剝幫10m范圍內(nèi)的11＃工字鋼棚，必須提前采用單體液壓支柱“一梁三柱”進(jìn)行加固，保證導(dǎo)硐支護(hù)完整；

4）嚴(yán)格按照中腰線和炮眼布置圖進(jìn)行爆破挑頂剝幫，打眼時(shí)應(yīng)定鉆、定人、定眼位，確保炮眼的眼位、深度、角度符合設(shè)計(jì)要求，隨著工程進(jìn)度及時(shí)優(yōu)化爆破參數(shù)，減少爆破后巷道超挖、爆轟波對(duì)頂板圍巖的破壞；

5）U型鋼棚棚腿用錨桿進(jìn)行加固，兩U型鋼棚之間及巷道超挖處用混凝土澆筑填實(shí)，保證U型鋼棚的穩(wěn)定性；

6）嚴(yán)格控制循環(huán)進(jìn)度，每循環(huán)一架棚（0.8m）,架一架拆一架，并及時(shí)探測(cè)頂板采空區(qū)加固效果，局部加固厚度不足的要及時(shí)進(jìn)行補(bǔ)注。

6 采空區(qū)注漿加固工藝及要求

6.1 頂板采空區(qū)注漿加固目的

在巷道頂板上部采空區(qū)形成2.0m～4.0m有效保護(hù)層，結(jié)合實(shí)體巖層加注漿凝固厚度，保證擴(kuò)大巷道時(shí)安全施工。

6.2 注漿材料

水泥:普通新鮮的硅酸鹽水泥，強(qiáng)度等級(jí)不低于32.5。水玻璃:模數(shù)2.2～2.8，濃度不低于40Be 。

6.3 施工工藝

1）布孔:布孔要均勻并根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)注漿效果，可適當(dāng)調(diào)整孔口布置密度。孔口間距為1m，排距為2.5m布置，孔口管長(zhǎng)度800cm～1000cm，鉆孔深度4m（參考圖a.b）；

2）注漿施工:注漿時(shí)應(yīng)經(jīng)常觀測(cè)注漿壓力和流量的變化，發(fā)現(xiàn)異常情況及時(shí)處理。注漿過程中要經(jīng)常觀察工作面及孔口情況，發(fā)現(xiàn)跑漿和串漿及時(shí)點(diǎn)注，并可調(diào)整漿液比例。注漿過程中要做好記錄；單孔注漿量，深度，壓力，比例調(diào)整，凝膠時(shí)間等。為盡量避免串漿情況發(fā)生，注漿時(shí)采取隔孔注漿的順序進(jìn)行；

3）漿液比例:水灰比（重量比）1～1.2∶1.雙液漿配合比。

4）漿液效果觀察:注漿結(jié)束前必須對(duì)注漿效果進(jìn)行檢查，確認(rèn)已達(dá)到注漿效果，方可結(jié)束注漿，否則必須進(jìn)行補(bǔ)空再次注漿。初次注漿結(jié)束待凝膠后在套孔檢查，針對(duì)可疑薄弱地點(diǎn)可作適當(dāng)補(bǔ)注，保證注漿層厚度。效果檢查主要有以下3種:

-250m水平軌道大巷改道采空區(qū)頂板注漿加固效果圖

（1）分析法:對(duì)注漿記錄統(tǒng)計(jì)進(jìn)行分析，每孔壓力流量是否達(dá)到注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)，反算漿液擴(kuò)散范圍；檢查每孔都是否按規(guī)定進(jìn)行注漿，有無(wú)漏注和其它原因無(wú)法注漿情況，是否按設(shè)計(jì)要求；（2）直觀檢查法:有無(wú)漏漿、竄漿情況，并換算頂板厚度和注漿量；（3）鉆孔檢查法:根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)觀察，針對(duì)重點(diǎn)和注漿薄弱點(diǎn)鉆孔探明注漿層厚度和均勻程度；

5）跑漿處理:跑漿在一定程度上反映了漿液的擴(kuò)散距離和行走路徑，但漿液量過大造成漏漿或者有漏洞跑漿造成材料浪費(fèi)，所以在發(fā)現(xiàn)跑漿時(shí)應(yīng)及時(shí)采取下列措施進(jìn)行處理:一是對(duì)于跑漿量大的縫隙在條件許可情況下可用紗布或木楔進(jìn)行堵塞；二是采用間歇式、停注的方式給漿液充足的凝膠時(shí)間，同時(shí)可以調(diào)節(jié)水玻璃和水泥漿的濃度，幫助加快漿液的凝膠速度；

6）套孔:考慮一次性鉆孔注漿有增加高度的難度，初次注漿結(jié)束待凝膠后在套孔檢查，針對(duì)可疑薄弱地點(diǎn)可作適當(dāng)補(bǔ)注，保證注漿層厚度；

7）注漿工藝流程:安裝孔口管→安設(shè)高壓球閥→抽釬關(guān)閉球閥連接混合器與注漿管路→開啟注漿機(jī)進(jìn)行壓水→打開球閥→注入水泥漿液→調(diào)整凝膠時(shí)間封孔→關(guān)閉球閥→換孔。

6.4 注漿加固后的效果

注漿后漿液封堵了圍巖的裂隙，隔絕空氣，減輕圍巖風(fēng)化，漿液將采空區(qū)松散破碎的圍巖膠結(jié)成為整體，在巷道頂板上部采空區(qū)形成有效保護(hù)層，提高了巖體的強(qiáng)度，巷道刷大時(shí)沒有發(fā)生冒頂?shù)仁鹿剩ＷC了施工安全。

7 應(yīng)用效果

崔莊煤礦通過對(duì)-250m水平軌道大巷改造，礦井通風(fēng)阻力明顯下降，風(fēng)阻由原1850Pa降為1480Pa，風(fēng)量增加了近702m2，使通風(fēng)系統(tǒng)更加趨于合理，通風(fēng)系統(tǒng)的安全性穩(wěn)定性得到增強(qiáng)，保證了礦井的后續(xù)發(fā)展。特別是利用導(dǎo)硐施工法以及采空區(qū)注漿加固、錨網(wǎng)噴配合25U型鋼金屬支架等支護(hù)技術(shù),巷道安全穿越采空區(qū)，施工中沒有影響生產(chǎn)，沒有發(fā)生頂板、瓦斯等事故，保證了礦井生產(chǎn)需要。巷道穿采空區(qū)成功施工，為今后同類型巷道施工積累了經(jīng)驗(yàn)，提供了安全可靠的技術(shù)保障，有效解決了巷道穿采空區(qū)施工困難的問題。