采空區薄巖柱下沿空巷道安全掘進工藝實踐

于振祥 竇衍來 曲壽龍

（棗莊礦業集團高煤公司，山東 微山 277605）

高煤公司主要開采煤層為3上、3下煤層，煤層開采厚度適中，同一采區3上煤回采過程中或回采結束后間隔時間較短即開始3下煤層掘進施工，掘進巷道受圍巖壓力影響明顯，同時受煤層間距不均勻影響，沿空頂板薄巖柱下安全掘進難度大，下部沿空施工困難，施工效率低，對生產接續影響較大。

1 概況

3下1103 材料巷設計長度1 238.962 m，兩側沿空，頂部為3上1101 工作面采空區，上幫沿3下1101工作面采空區。所處地層為二疊系山西組3下煤層，距3上煤層間距為2.3～7.0 m，平均3.7 m。3下煤層厚度2.53～4.63 m，平均3.8 m，煤層結構簡單，煤層可采性指數為1.0，煤厚變異系數γ ≤30%，煤層賦存穩定。煤巖層產狀較穩定，煤巖層傾角最小5°，最大20°，平均12°左右。據3上1101、3下1101 工作面采掘地質資料揭露，工作面斷層較發育，預計揭露7 條斷層，落差大于5.0 m 的斷層2 條。

3上1101 工作面回采過斷層部分塊段進行了割底推采，造成3下1103 材料巷與上覆采空區之間局部頂板巖柱變薄，頂板巖柱厚度1.6～3 m 區段約522 m，掘進過程中存在沿空頂幫垮落的較大風險，尤其在過斷層段更為明顯，圍巖控制不當將嚴重影響3下1103 材料巷安全掘進及后續使用，甚至影響礦井正常生產接續。

2 沿空安全掘進管控分析

（1）在采空區下掘進破煤巖過程中，選取對巷道圍巖震動破壞較小、能較好保持巷道原巖穩定的破煤巖工藝。爆破掘進工藝對巷道圍巖震動破壞較大，不能滿足施工需求，確定采用綜掘掘進工藝。同時，優化切割方法，減小切割時巷道沿空側圍巖承受力，并利用機載前探梁及時對巷道頂板進行臨時控制，提高圍巖控制效果及操作人員的安全性。

（2）采空區下掘進巷道頂板巖柱厚度不穩定，施工過程中必須及時準確掌握頂板巖柱厚度，提前進行施工層位控制。過斷層破碎帶掘進時巷道坡度控制不當，將直接影響沿空頂板巖柱厚度，甚至造成頂板管控困難。因此，只有及時超前調整巷道掘進坡度，控制掘進層位，保證沿空頂板巖柱厚度，為控制頂板圍巖創造條件。同時，根據不同巖柱厚度采取差異化支護，保障巷道支護安全可靠。

（3）斷層破碎帶段掘進頂幫圍巖管控難度大，直接切割后頂幫折落明顯，甚至出現冒頂，處理折冒對掘進安全及效率影響較大。應用注漿加固技術對頂幫圍巖破碎帶進行超前加固，提高頂幫圍巖穩定性，降低斷層破碎帶對掘進施工影響。

3 破巖工藝及坡度控制

（1）破巖工藝。應用EBZ-230 型綜掘機，該機穩定性好，切割平穩，切割過程中對巷道圍巖的震動破壞較小，切割效率較高，同時配備機載前探梁，臨時支護更加便捷安全。通過采取逐網分層切割工藝，先切割斷面下部再切割上部，沿空側頂幫切割震動破壞明顯減小，切割后及時使用機載前探梁進行臨時支護，巷道頂板得到及時管控，為安全支護創造條件。

（2）坡度控制。從開門點處后退25 m 按3‰上山進行臥底施工，巷道拐彎進入3下1103 材料巷正巷后，按3‰上山施工，當巷道左幫底板跟上煤層底板后跟底掘進。施工過程中堅持每班探測頂板巖柱厚度，掌握頂板巖柱厚度數據。當過斷層破碎帶、頂板薄巖柱段時，適實調整巷道坡度，使巷道頂板巖柱厚度普遍保持在3 m 以上。

4 支護方式

當巷道頂板巖柱厚度大于3.5 m 時，采用錨網帶索支護（圖1）。頂部錨桿均為高強預應力錨桿（左旋、Q500），其規格為Ф22×2600 mm，錨桿排距為900 mm。鋼帶采用8 mm 厚梯型鋼帶，間距為900 mm，長度為4200 mm。金屬菱形網規格為1000×4600 mm。幫部錨桿為左旋無縱筋全螺紋高強錨桿（Q500），其規格為Ф20×2200 mm，錨桿排距為900 mm。頂部錨索為Ф21.8 mm19 芯不等徑鋼絞線錨索，錨索托盤規格為：長×寬×厚=300×300×16 mm 的高強錳板托盤。錨索布置方式：錨索與錨桿不布置在同一排，即在第一、二排錨桿之間以巷道中線為基準布置三棵錨索，隔兩排錨桿在第三、四排之間以巷道中線為基準布置三棵錨索，以此類推。錨索間排距為1600×1800 mm，錨索設計長度為4300 mm，施工過程中及時探測3上、3下煤層之間層間距，根據層間距大小調整錨索長度，確保錨索錨入巖石不得小于2000 mm。

圖1 錨網帶索支護圖

沿空側幫部采用高強錨桿+高分子網+金屬方格網+鋼筋托梁支護，然后對幫部及向巷中以里1000 mm 范圍內頂板進行噴漿，噴漿厚度為100 mm，噴射混凝土強度為C20。高分子網寬度為1000 mm，長度為3200 mm。金屬方格網寬度為1000 mm，長度根據現場情況確定。幫部錨桿托盤下增加兩條鋼筋托梁搭接使用，豎向布置，規格均為80×1700 mm。網前后、左右采用鉤接方式連接并將鉤接處捏緊。

非沿空側幫部采用高強錨桿+金屬菱形網+鋼筋托梁支護。金屬菱形網規格為1000×3200 mm。幫部錨桿托盤下增加兩條鋼筋托梁搭接使用，豎向布置，規格均為80×1700mm。頂幫錨桿托盤均為高強托盤，其規格為長×寬×厚=150×150×10 mm。在幫部錨桿托盤與鋼筋托梁之間增設一個用舊皮帶制作的膠帶板，膠帶板規格長×寬=200×200 mm。所有網壓茬100 mm，搭茬處用直徑14#鐵絲連接，鐵絲間距200 mm。

當巷道頂板巖柱厚度小于3.5 m 或過斷層破碎帶時，采用上述錨網帶索+架棚復合支護，采用梯形可伸縮“U”型棚（圖2）。該棚設計采用可伸縮“U”型鋼棚腿，對突發壓力有一定的緩沖作用，適用于回采巷道斷面，以預防頂幫雙面沿空掘進巷道壓力顯現需求。

5 超前加固圍巖破碎帶

當巷道頂幫圍巖破碎及過斷層時，采用超前注漿加固技術對頂幫圍巖進行加固。注漿材料為凱密安礦用無極加固復合砂漿，注漿孔沿巷道輪廓線布置，間距0.7 m，注漿長度為巷道寬度的1.5～2.0 倍（6～8 m）。當沿空側巖柱厚度大于3 m 時，注漿孔與巷道迎頭方向呈15°夾角，注漿孔眼底向外擴散布置；當沿空巖柱厚度2～3 m 時，沿空側注漿孔夾角調整至10°。通過超前注漿加固，切割時圍巖穩定性增加，為永久支護創造了條件，實現掘進期間巷道圍巖安全管控。

圖2 梯形可伸縮“U”型棚

6 應用效果

通過沿空3下1103 材料巷掘進實踐，3下1103 材料巷變形量小于300 mm，有效降低了頂板薄巖柱、斷層破碎帶掘進施工頂幫折冒風險，實現了巷道的安全掘進施工，滿足了工作面回采需求，保障了礦井采掘接續平衡。通過圍巖及巖柱厚度管控，相對減少復合支護架棚175 架，減少用工約530 個，降低支護成本約68.25 萬元。