近采空區(qū)預(yù)留小煤柱巷道掘進(jìn)支護(hù)的實(shí)踐

陳吉

（山西宏宇誠鑄建設(shè)工程有限公司，山西 朔州 038300）

1 工程概述

塔山煤礦2204-2順槽位于井田的東南部、二盤區(qū)的東北部，東鄰8202采空區(qū)，西南為8204采空區(qū)，西北部為F13810斷層，東南部為二盤區(qū)回風(fēng)巷，見圖1。2204-2順槽用于8204-2工作面運(yùn)輸，巷道設(shè)計(jì)長度為1482 m，巷道斷面規(guī)格為寬×高=5.5 m×3.8 m。2204-2順槽由塔山礦建項(xiàng)目部采用綜合機(jī)械化掘進(jìn)工藝，從二盤區(qū)輔運(yùn)巷開口沿3#～5#煤層底板掘進(jìn)，截至目前巷道已掘進(jìn)920 m。

圖1 二盤區(qū)2204-2順槽巷道布置片面圖

2204-2順槽頂板往上1.5 m范圍內(nèi)為炭質(zhì)泥巖，1.5～15 m范圍內(nèi)為煤層。巷道掘進(jìn)時與8202采空區(qū)預(yù)留煤柱寬度為20 m。由于2202巷在500 m及1100 m處施工兩個硐室，硐室B（移變硐室）和硐室C（調(diào)車硐室），兩硐室深度為5 m，當(dāng)2204-2順槽施工至500 m及1100 m處時保護(hù)煤柱寬度僅為15 m。

根據(jù)本盤區(qū)相鄰巷道礦壓資料數(shù)據(jù)分析，受鄰近采空區(qū)壓力及采動應(yīng)力的影響，2204-2順槽掘進(jìn)至500 m及1100 m處時將出現(xiàn)頂板破碎、巷幫片幫等壓力顯現(xiàn)，該區(qū)域?yàn)樵鰤簠^(qū)，增壓區(qū)影響巷道掘進(jìn)長度為20 m。為了確保施工巷道安全順利過增壓區(qū)，確保巷道支護(hù)效果，塔山礦建項(xiàng)目部分析了巷道初步支護(hù)設(shè)計(jì)存在的問題，在1100 m處過增壓區(qū)提出了施工“L”型鋼棚+注漿的聯(lián)合支護(hù)技術(shù)。

2 巷道初步支護(hù)設(shè)計(jì)及過增壓區(qū)存在難題

2.1 巷道初步支護(hù)設(shè)計(jì)

2204-2順槽初步支護(hù)設(shè)計(jì)中頂板采用錨桿、錨索、鋼帶聯(lián)合支護(hù)形式，巷幫采用單錨桿支護(hù)。

（1）施工巷道頂板支護(hù)。頂板錨桿采用長度為2.0 m，直徑為20 mm左旋無縱筋螺紋鋼錨桿，每排施工6根錨桿，錨桿間排距為：1000 mm×1000 mm，每排錨桿配套一根長度為5.2 m，寬度為0.15 m鋼帶；頂板錨索采用長度為5.3 m，直徑為17.8 mm預(yù)應(yīng)力鋼絞線，每排施工3根，錨索間排距：1800 mm×3000 mm，錨索下方采用規(guī)格為長×寬=300 mm×300 mm鋼方墊與頂板進(jìn)行預(yù)緊。

（2）施工巷道護(hù)幫支護(hù)。護(hù)幫錨桿采用長度為1.8 m，直徑為18 mm反麻花式錨桿，共施工三排護(hù)幫錨桿，錨桿間排距為：1000 mm×1000 mm，第一排錨桿距頂板距離為600 mm，錨桿施工完后在其外露端安裝一塊規(guī)格為長×寬=450 mm×250 mm小鋼帶，小鋼帶垂直巷幫布置。

2.2 初步支護(hù)設(shè)計(jì)在過增壓區(qū)中存在的問題

（1）受采空區(qū)壓力及采動應(yīng)力的影響，2204-2順槽在掘進(jìn)過程中頂板壓力相對較大，巷道開挖后巷道兩幫煤柱形成支撐壓力，當(dāng)巷道掘進(jìn)至增壓區(qū)時靠近采空區(qū)側(cè)煤柱寬度變小且頂板壓力加大，煤柱支撐作用變?nèi)?，隨著時間的推移煤柱會出破碎、垮落現(xiàn)象，僅采用單錨桿支護(hù)不能滿足支護(hù)要求。

（2）施工巷道頂板巖石層厚度為1.7 m，巷道掘進(jìn)煤層為石炭系煤層，煤層發(fā)育不穩(wěn)定，在外力作用下巷道頂板巖石層與上覆煤層出現(xiàn)離層現(xiàn)象，最大離層量達(dá)120 mm，而初步支護(hù)設(shè)計(jì)中頂板錨桿采用長度為2.0 m左旋無縱筋螺紋鋼錨桿，錨桿錨固端位于離層區(qū)域，頂板錨桿在增壓區(qū)內(nèi)出現(xiàn)錨固失效現(xiàn)象，支護(hù)效果差。

（3）受采空區(qū)壓力影響，巷道掘進(jìn)至增壓區(qū)頂板出現(xiàn)大面積破碎現(xiàn)象，特別是在采空區(qū)側(cè)煤柱與頂板之間的三角煤柱破碎嚴(yán)重，局部地段出現(xiàn)冒落現(xiàn)象，而初步支護(hù)設(shè)計(jì)中該三角煤柱未采取任何支護(hù)措施，不僅不能確保巷道支護(hù)效果，而且嚴(yán)重威脅著巷道施工安全。

3 過增壓區(qū)支護(hù)措施研究

為了保證巷道過增壓區(qū)施工安全，提高增壓區(qū)巷道頂板及巷幫穩(wěn)定性，塔山礦建項(xiàng)目部通過技術(shù)研究，決定采用施工密集錨索+注漿+架設(shè)“L”型工字鋼棚等聯(lián)合支護(hù)技術(shù)對巷道進(jìn)行維護(hù)。

3.1 頂板支護(hù)措施

（1）當(dāng)巷道掘進(jìn)至增壓區(qū)內(nèi)時頂板采用密集錨索、“JW”型鋼帶聯(lián)合支護(hù)。頂板每排施工6根錨索，錨索間排距為1.0 m，錨索長度為3.5 m，直徑為21.6 mm，每根錨索采用兩根錨固劑進(jìn)行錨固，分別為MSK23/60和MSKC23/35型。

（2）頂板“JW”型鋼帶長度為5.3 m，寬度為0.48 mm，鋼帶排距為1.0 mm，鋼帶與密集錨索配套使用。

（3）頂板單錨索采用長度為8.3 mm，直徑為21.6mm預(yù)應(yīng)力鋼絞線，錨索下端采用長度為0.8mm工字鋼梁以及鎖具進(jìn)行預(yù)緊，鋼梁垂直巷道布置。單錨索間排距為2.0 m×2.0 m，見圖2。

3.2 三角煤柱支護(hù)措施

（1）注漿。為提高三角煤柱煤巖體膠結(jié)穩(wěn)定性，施工巷道掘進(jìn)至增壓區(qū)內(nèi)對三角煤柱注射粘接材料，粘接材料主要以馬麗散與催化劑1:1混合而成。首先在三角煤柱處施工注漿鉆孔，鉆孔深度為5.0 m，鉆孔間距為3.0 m，鉆孔施工完后采用高壓注漿泵對其注射馬麗散粘接材料，粘接材料注射2.5 h后方可繼續(xù)掘進(jìn)。

（2）施工角錨桿。在巷幫與頂板夾角處施工一根角錨桿，角錨桿長度為2.5 m，角錨桿間距為1.0 m，相鄰3根角錨桿外露端采用“L”型角鋼進(jìn)行連接固定，角鋼長度為2.5 m，角鋼兩邊寬度為0.3 m。

圖2 二盤區(qū)2204-2順槽過增壓區(qū)支護(hù)斷面

3.3 采空區(qū)側(cè)巷幫支護(hù)措施

（1）施工幫錨索。①為了提高采空區(qū)側(cè)巷幫支護(hù)效果，巷道掘進(jìn)至增壓區(qū)內(nèi)時采空區(qū)側(cè)巷幫施工幫錨索，錨索長度為4.0 m，錨索直徑為21.6 mm，每排施工4根錨索，錨索間排距為1.0 m，第一排錨索距頂板間距為0.3 m；②錨索施工完后將相鄰2根錨索采用長度為1.0 m，直徑為30 mm圓鋼進(jìn)行連接。

（2） 施工“L”型鋼棚。 ①“L”型鋼棚主要由頂梁、棚腿、底座組成，頂梁中間焊制一個直徑為25 mm圓孔，棚腿上焊制兩個直徑為25 mm圓孔，圓孔間距為2.0 m；②首先在底板安裝鋼棚底座，鋼棚底座與頂板之間采用地錨固定，見圖2；③鋼棚底座安裝后開始安裝棚腿，棚腿與底座之間采用雙向固定螺母進(jìn)行連接，棚腿長度為3.8 m，棚腿安裝后必須確保棚腿垂直巷道底板，為了防止棚腿傾倒，在棚腿上分別施工兩根固定錨桿將其與巷幫固定；④棚腿安裝后開始安裝頂梁，頂梁與棚腿之間采用卡纜進(jìn)行連接，在頂梁上施工一根固定錨桿將其與頂板進(jìn)行固定；⑤“L”型鋼棚間距為1.0 m，相鄰兩架鋼棚之間采用一組連接桿進(jìn)行連接，所有鋼棚架設(shè)完后，在鋼棚棚腿與巷幫間隙處填塞水泥背板，水泥背板填塞后必須確保背板與巷幫接觸嚴(yán)實(shí)。

4 結(jié)語

山西宏宇誠鑄建設(shè)工程有限公司塔山礦建項(xiàng)目部通過技術(shù)研究，對2204-2順槽在掘進(jìn)過增壓區(qū)時，采取施工密集錨索+注漿+架設(shè)“L”鋼棚等聯(lián)合支護(hù)措施，實(shí)踐證明施工巷道采取聯(lián)合支護(hù)措施后，提高巷道在增壓區(qū)內(nèi)掘進(jìn)效率及支護(hù)質(zhì)量，降低了增壓區(qū)內(nèi)巷道變形量，保證了巷道安全施工，取得了顯著成效。