近采空區殘留小煤柱巷道掘進支護技術研究

余雁飛

近采空區殘留小煤柱巷道掘進支護技術研究

余雁飛

(大同煤礦集團有限責任公司 燕子山礦，山西 大同市 037000)

燕子山礦302盤區5210巷在掘進過程中與8212已采工作面采空區預留煤柱相遇，巷道掘進至煤柱附近時，受到采空區壓力及采動壓力的影響，礦壓顯現劇烈，頂板破碎嚴重，煤壁大面積片幫，原有的支護方式難以有效控制巷道變形，針對這一難題，提出“錨桿+錨索+W鋼帶+JW鋼帶+鋼護板+護幫錨索+金屬網聯合支護”工藝，有效緩解了增壓區巷道變形，提升巷道頂板及巷幫穩定性，確保工作面安全生產。

小煤柱;支護技術;風險管控;掘進

燕子山礦位于山西省大同市小蒜溝村保護煤柱以南，馬脊梁礦保護煤柱以西的山梁地帶，地面標高1328～1406 m，井下標高923～965 m，礦井5210掘進巷位于4#煤層302盤區，西部為可采邊界線，南部為8208設計工作面，東部為盤區巷，北部為8212回采工作面。對應上覆有11#、14-2#、14-3#層小窯破壞區及馬脊梁礦301，303，305盤區采空區。5210巷煤層結構復雜，厚度穩定，煤層全厚5.54～9.34 m，平均厚度7.44 m，老頂主要以高嶺巖，粗、中、粉細砂巖、礫巖為主，平均厚度為15.26 m，直接頂主要為粗粒砂巖、中、細砂巖、粉砂巖，平均厚度9.16 m，直接底為高嶺巖、細砂巖、粉砂巖，平均厚度7.70 m，平均煤層傾角為3°，5210巷掘進使用EBZ260型掘進機進行破煤掘進，實現一次成巷。

1 巷道支護面臨的問題

5210巷道原支護形式為“錨桿+W鋼帶+錨索+金屬網”聯合支護，在該巷道掘進時，與8212已采工作面采空區預留煤柱相距僅有8 m，根據相鄰巷道礦壓數據資料分析，受鄰近采空區壓力影響較大，巷道開挖后，頂板及巷幫變形嚴重，當巷道掘進至增壓區時（增壓區影響巷道掘進距離約25 m左右），頂板破碎嚴重，煤壁大面積片幫，在頂板來壓期間，煤壁的片幫深度、垂直高度和范圍較大，在工作面中后部顯現得尤為嚴重，其中片幫最大深度可達1500 mm左右，最大寬度、高度可達5100 mm和2000 mm左右。在采動壓力作用下，巷道頂板巖石層與上覆巖層出現離層，錨桿、錨索錨固位置脫離穩定層位，引起錨固力不足甚至支護失效的問題，嚴重影響著巷道施工安全。原支護形式難以有效控制巷道變形，針對5210巷施工過程中巷道成型與幫頂支護困難的難題，為保證巷道順利過增壓區，需對頂板及巷幫支護參數進行優化，重新制定加固措施。

2 過增壓區支護措施研究

2.1 機載前探梁臨時支護工藝

在頂板完整的情況下，在工作面機組割完一個循環（0.8 m）后，將鋼帶、金屬網放置在機載前探梁上，啟動機組液壓電機，升起機載前探梁掩護空頂區域，機載前探梁升到位后將機組打到閉鎖位置，通過主架的升降油缸操作閥手柄使主架升起達到巷道頂板高度，使鋼帶和錨網同頂板吻合。然后掘進機停機斷電，在掘進機機載臨時支護的保護下進行打孔、上錨桿，完成支護作業[1]。其中，頂錨桿，頂錨索到工作面的最大控頂距離（最小控頂距與一個支護間距之和）為2.3 m，最小控頂距離為0.7 m，護幫支護距工作面滯后距離不大于2.4 m。

2.2 聯合永久支護工藝

考慮到5210巷小煤柱掘進，需增強支護強度，提出了“錨桿+錨索+W鋼帶+JW鋼帶+鋼護板+護幫錨索+金屬網聯合支護”工藝，在頂板完整的情況下，割完一個循環后，在臨時支護的掩護下執行敲幫問頂，由外向里、由中間向兩邊進行永久支護。5210巷頂板采用鋼帶壓網、錨桿固定和錨索聯合支護形式，護幫支護由上向下采用短鋼帶壓網、錨桿固定支護形式。5210巷道支護設計斷面如圖1所示。

（1）頂板鋼帶壓網，錨桿固定支護。頂板布置4排錨桿，規格為Φ20×2400 mm，排距0.9 m，間距1.6 m，垂直于頂板布置，角錨桿與頂板夾角60°布置，間距1.6 m，頂板增設“JW”型4孔鋼帶：規格為3200 mm×330 mm×6 mm。掘進過程中，如遇頂板層理、節理發育，頂板破碎時，需根據實際情況縮小錨桿支護間距，加強頂板支護[2]。

圖1 5210巷道支護設計斷面

（2）頂板錨索支護。巷道頂板對稱布置4排錨索，排距0.9 m，間距1.6 m，垂直于頂板布置布置，角錨索與頂板夾角60°，間距1.6 m。布置錨索長度根據頂煤厚度選用7.0 m長，如果頂板頂煤厚度超過5.0 m時，必須更換成9 m長錨索，保證錨固端伸入直接頂基巖處1.2 m以上，確保頂板支護完整性及懸吊固定作用。

（3）護幫錨桿支護。護幫錨桿選用規格為Φ20×2.4 m的左旋無縱筋螺紋錨桿，角錨桿左右各1排，與頂板水平成60°夾角[3]。巷道工作面側煤壁布置3排護幫錨桿，上排錨桿距頂板0.6 m，下排錨桿距底板0.7 m，錨桿間距1.0 m；巷道煤柱側布置3排護幫錨桿，上排錨桿距頂板0.6 m，下排錨桿距底板0.7 m，錨桿間距1.0 m；幫錨桿垂直于頂板布置，并在鋼帶下鋪設金屬菱形網，幫網選用8號鉛絲編制成網孔為50 mm×50 mm，規格為3400 mm×1700 mm的菱形金屬網。

（4）護幫鋼帶壓網，錨索固定支護。巷道護幫錨索選用規格為Φ17.8×4000 mm的錨索，沿巷道工作面煤柱側布置2排錨索，與頂板水平成60°夾角，錨索支護排間距為1000 mm×1600 mm，護幫錨索支護工作面側布置1排錨索，錨索支護排間距為1500 mm×1600 mm，針對煤壁片幫嚴重的情況，巷幫增設“W”型單孔短鋼帶和“JW”型單孔短鋼帶作為聯合支護，規格分別為為400 mm×280 mm×4 mm和400 mm×330 mm×6 mm。

2.3 增壓區支護技術要求

（1）當遇到巷道頂板破碎地帶、巷道交叉口、“丁”字口、或與巷道設計高度變化較大時，需適當加打錨桿和錨索，并鋪設金屬雙網防護，錨固條件變差的區域，需變更錨索支護。錨桿、錨索安裝角度允許偏差±15°，錨索孔深誤差為0~+50 mm，錨索外長度控制在150～250 mm之間。

（2）W型（JW型）鋼帶必須垂直巷道中心線布置并緊貼巷道頂板，接觸面積不得小于60%，未接觸部分必須用板皮或木楔子墊實，每排錨桿布置成一條直線。

（3）鋪網聯網要求巷道頂角處，幫網、頂網不得搭接，必須鋪設整體網，或者用網絲將兩張網鏈接成整體，金屬網鋪平、鋪展，緊貼頂幫，網與網搭接長度不小于200 mm，搭接處每200 mm用14#鉛絲扭結好，雙絲雙扣，綁扎牢固，綁死扭結不少于3圈[4]，巷道每掘進100 m必須用尼龍網斷開頂、幫金屬尼龍網兩邊角搭接500 mm。

3 巷道掘進過增壓區風險管控

依據2018年度燕子山礦重大安全風險辨識評估報告，由于臨近采空區的穩定時間不足，5210巷道掘進過程中，存在小煤柱開采壓力釋放區，特別是小煤柱側及巷道尖角等應力易集中區，在該區域內，煤層賦存特性穩定性較差，頂板破碎嚴重，巷道開掘后，錨索錨固位置脫離穩定層位，可能引起錨固力不足、支護失效等隱患，造成巷道冒頂事故的重大安全風險，為管控重大安全風險采取 如下：

（1）將小煤柱巷道盡可能布置在臨近采空區側向支承壓力降低區，采用一掘一支，短掘短支的方式掘進，使用機載前探支護，堅持敲幫問頂制度，施工過程中，加強圍巖的變形觀測，做好頂板巖（煤）層的離層情況記錄，為支護調整提供依據；

（2）定期對巷道頂板及煤柱進行鉆孔窺視，分析頂煤破碎層位、煤柱內破碎范圍，合理調整支護，確保錨固端處于穩定層位中，巷道因炸幫等原因超寬0.4 m時，夠一個支護間距必須及時補上此處的支護；

（3）對與各類硐室，尤其是小煤柱側的，必要時可以考慮通過噴漿等手段加強支護，保證頂板安全，當邊錨桿幫距＞0.9 m時，須增補支護，工作面必須有足夠的備用臨時支護材料，當巷道遇頂板破碎時應急使用，在掘進小煤柱時，如果煤柱側頂板及護幫破碎嚴重需要增設單體柱加強支護；

（4）由于巷道沿煤層底板掘進，巷道頂板留有頂煤，在小斷層及裂隙較發育的地帶，巷道頂板容易破碎，故在過斷層及地質構造時，必須停掘，探明斷層及地質構造特征，縮小錨桿間排距，短掘短支，同時增補錨索支護，縮小循環進尺，將循環進尺調整為0.7 m以確保安全。

4 結 語

本文以同煤集團燕子山礦302盤區5210掘進巷道為研究對象，對該巷道通過采空區小煤柱增壓區時頂板破碎，煤壁片幫嚴重的問題，提出“錨桿+錨索+W鋼帶+JW鋼帶+鋼護板+護幫錨索+金屬網聯合支護”工藝與風險管控措施，實踐證明，施工巷道采取聯合支護工藝后，降低了增壓區內巷道圍巖變形量，巷道頂板及巷幫穩定性大大提高，確保了工作面的安全生產。

[1] 張志茸.煤礦掘進支護設計與工藝[J].機械管理開發,2018,33(06): 28-29.

[2] 徐青云,張 磊,魯 杰,李永明,譚 云.高瓦斯松散煤體復合頂煤巷支護參數優化分析[J].中國煤炭,2014,40(12):42-45.

[3] 賈樹寶.加強掘進巷道與相鄰綜采面交鋒處的頂板支護措施[J].能源與節能,2016(06):8-9+12.

[4] 溫思南.巷道掘進過小斷方法及措施[J].科技視界,2013(04):166- 167.

(2019-02-21)

余雁飛(1986—)，男，山西寧武人，助理工程師，主要從事煤礦機掘隊組技術管理工作，Email：312322524@ qq.com。