巷道過陷落柱施工工藝及支護優化

王賓濤

（山西長平煤業有限責任公司，山西 晉城 048000）

1 工程概況

表1 煤層頂底板情況表

長平礦主采3號煤層，煤層平均厚度為5.62m，煤層結構為4.24（0.23）1.15。二盤區膠帶機大巷為二盤區采面回采時的主運煤和進風巷道，布置在3號煤層中，沿3號煤煤層頂板掘進，巷道掘進斷面為寬5.8m，高 3.3m，面積 19.14m2，采用高強錨桿、錨索、W鋼護板配合金屬網的混合支護。巷道標高496～549m，蓋山厚度范圍370～405m。3號煤層直接頂為泥巖，厚2.63m，老頂為細粒砂巖，厚6.01m；直接底為泥巖，厚0.77m，老底為細粒砂巖，厚3.44m（煤層頂板底板情況見表1）。二盤區膠帶機大巷整體東西高，中間低，巷道掘進至656m左右為巷道最低點，掘進坡度較大，為0～9°下山趨勢。巷道掘進中局部頂板節劈理發育，煤體疏松破碎。根據三維地震資料顯示，巷道掘進到1150m處，發育擴DX20陷落柱，預計長軸45m，短軸30m，預計掘進40m后通過該陷落柱。

2 原過陷落柱施工工藝和支護存在問題

2.1 掘進工藝及存在問題

以往巷道掘進采用EBZ150掘進機進行掘進割煤作業，在巷道掘進過程中遇到陷落柱時，若果矸石硬度f≤6，采用掘進機直接截割的方式通過；如果矸石硬度f＞6，掘進機截割困難時，采用炮掘施工，在工作面打眼放炮，并采用掘進機修邊出矸。由于EBZ150掘進機功率低，截割矸石硬度到，掘進機出矸時經常出現卡絆的現象，且由于掘進機負荷較大，經常造成油溫超高、油管接頭漏油或爆裂，出矸效率低；炮掘施工時，由于炮眼多，打眼放炮工序多，導致炮掘施工效率低，且放炮易造成矸石迸濺，需要對巷道內的風筒、電纜、風水管路、掘進機及其上方的電氣設備采取保護措施。因此，巷道掘進遇陷落柱時，整個過陷落柱的掘進施工工藝復雜，作業人員多，作業量大，施工效率低。

2.2 巷道支護及存在問題

二盤區膠帶機巷采用高強錨桿、錨索、W鋼護板配合金屬網的混合支護。巷道頂板支護：錨桿型號為MSGLW—500 22/2400，間排距為 1000×1000mm，配合400×280×4mm型W鋼護板支護；采用兩支錨固劑的樹脂加長錨固，設計預緊力矩為400N.m、設計錨固力為150kN；金屬網護頂，網孔50×50mm。錨索規格為SKP22×1/1720.6300，采用三支錨固劑的加長錨固，布置方式為“2-3-2-3”，排距 1000mm，設計預緊力不低于350kN。巷道兩幫支護：錨桿型號MSGLW—500 22/2400，間排距為 900×1000mm，；錨固方式、預緊力、設計錨固力和護表網片規格與頂板相同。錨索規格為SKP22×1/1720.5300，采用三支錨固劑的加長錨固，幫錨索排距1m，每幫1根，呈“之”字型布置，設計預緊力不低于250kN。具體參數見圖1所示。

圖1 巷道錨桿支護圖

在過陷落柱期間由于巷道頂板破碎、完整性較差，頂板錨桿、錨索錨固力難以滿足設計要求，錨桿支護控制頂板效果有限，為維護巷道頂板穩定，需要在原巷道錨網索支護的基礎上滯后工作面10米開始架設梯形棚跟進加強支護。梯形棚棚距1000mm，扎角400mm，棚梁長4600mm，上下棚腿長3200mm，頂板背5處背板，兩邊背板距巷幫800mm，背板間距為1000mm（梯形棚支護見圖1所示）。梯形棚架設時需要在巷道靠近兩幫底板處挖柱窩，上棚梁時需要多人配合，且在巷道下山掘進時梯形棚迎山角難以確定和調整，巷道架棚工程量大、作業人員勞動強度大，且工程質量要求高、施工難度大，導致巷道掘進效率低，嚴重影響礦井采掘斜街。

圖2 梯形棚支護圖（單位mm）

3 過陷落柱掘進工藝及支護優化

3.1 改進設備優化工藝

由于炮掘工序多，施工效率低，為提高巷道掘進施工效率，需采用機械化代替過陷落柱期間的炮掘掘進工藝，采用功率高的掘進機組EBZ260巖巷掘機進行巷道掘進，該掘進機功率高、適應性強、破巖能力強，能截割硬度為100MPa的全巖斷面。因此，在過陷落柱期間掘進工作面不再需要打眼放炮破巖的工序，且掘進機小溜子馬達功率高，在出矸過程中基本不出現矸石卡小溜子的情況，大大提升了掘進機出矸效率，從而提升掘進施工效率。

3.2 支護方式優化

1）增強頂板護表。根據地質資料情況，在即將揭露陷落柱時提前進行鉆探，探測陷落柱影響范圍，在巷道掘進揭露陷落柱之前10m開始，巷道頂板采用雙層金屬網，增強對巷道破碎頂板的護表能力。

2）錨桿支護錨固力檢測。提前10m進行巷道錨桿支護施工時，時刻檢測巷道頂板錨桿、錨索錨固力是否滿足設計要求，如果錨桿、錨索錨固力滿足設計要求則采用原有支護方案，如果圍巖破碎，錨固力不滿足要求時應及時進行反饋，并采取相應技術措施。

3）巷幫注漿加固。根據巷道掘進揭露陷落內部情況，巷道圍巖破碎，錨桿、錨索錨固力不能滿足設計需要時，需對巷道兩幫圍巖進行注漿加固，充填巷道圍巖裂隙，改善圍巖結構，提高圍巖整體性，從而提高巷幫承載能力。在巷道兩幫施工上下兩排鉆孔，矩形布置，上排鉆孔距頂板1m，下排鉆孔距頂板2m，排距2m，采用525水泥和水玻璃進行注漿。

4）頂板全錨索支護。當巷道過陷落柱期間頂板錨桿、錨索錨固力不滿足實際需要時，改變頂板支護方式，采用頂板全錨索支護，由錨索替代原錨桿支護，錨索間排距與原錨桿間排距保持一致，并采用全長預應力錨固，保證頂板錨索支護錨固力。

5）圍巖噴漿封閉。由于巷道直接頂為泥巖，易風化變形破碎，加之陷落柱影響范圍內巷道圍巖節理裂隙發育，使得空氣通過節理裂隙進入圍巖內部，導致深部圍巖風化，加速巷道圍巖變形破壞，因此，根據探測揭露陷落柱情況，在陷落柱前后影響區各20m范圍內進行噴漿封閉巷道圍巖，防止圍巖產生風化變形。噴漿采用C20混泥土，噴漿厚度50mm。

6）頂板動態監測。在巷道陷落柱影響范圍內，每隔10m安設一個頂板離層儀，及時監測頂板離層情況，發現離層加大，頂板出現網兜等情況時，提前采取措施進行頂板補強。

4 實施效果分析

通過井下工業性試驗，采用EBZ260機組截割過陷落柱，可以有效提高掘進效率。掘進進尺由原來的每天2m，可以提高至每天5m，掘進效率提升150%，很大程度上緩解了采掘銜接緊張的局面。同時取消打眼放炮作業，節省人工，避免放炮所帶來的各種風險。采用噴漿作業后，頂板等到了有效控制，并采用“十字”測量法對硐室開口處頂板下沉量進行監測，頂板下沉量不大于150mm，兩幫收縮量不大于250mm，巷道支護效果良好。

5 結 語

地質構造是影響巷道掘進效率的重要因素之一，陷落柱內矸石硬度大時需要采用炮掘，掘進效率低，通過改進巷道掘進設備，采用大功率的掘進機組，直接截割過陷落柱，巷道掘進效率提升150%；優化了巷道過陷落柱期間的支護方案，通過采用“增強頂板護表、檢測支護質量、注漿加固巷幫、頂板全錨索支護、噴漿封閉和頂板動態監測”等綜合技術措施，保證了巷道支護效果，實現了巷道安全、快速、高效過陷落柱。