極近距離煤層采空區下切巷施工工藝技術研究與應用

徐 亮

（大同煤礦集團云崗礦，山西 大同037017）

0 引 言

在煤炭開采過程中，為了減小切巷作業對巷道頂板產生的影響，需要對原有的工作面進行切巷擴幫支護。云岡礦81001 巷位于410 盤區12-2＃層，北部為21001 巷和51001 巷，西部為正在開采的81003 工作面，東部為410-1 軌、皮、回三條盤區巷道，南部區域未開拓。在擴幫過程中，由于巷道兩幫跨度過大、頂板長時間處于暴露狀態，使用傳統的一次擴巷技術在擴幫時很難保證頂板的穩定性不受影響，而且傳統的擴幫技術也給巷道通風和運輸帶來安全影響，造成設備安裝困難[1]，因此，研究81001 巷道的施工技術，切實解決近距離煤層采空區下切巷施工中存在的問題，提高礦井煤炭資源的回收率。

1 礦井概況

81001 切巷位于12-2#層410 盤區，設計長132m，規格為6.2m×2.8m，掘進方向是從東北向西南方向，以265°10′的方位角向前掘進，切巷的煤層厚度為2.5～3.2m，平均厚度為2.8m，局部含0.1～0.5m的夾石；直接頂為煤層厚度1.0m 的灰色粉細砂巖；直接底為煤層厚度0.7m 的深灰色粉砂巖。工作面上覆3#層、8#層、12#層。12-2#煤層距離3#煤層的平均間距為128m，距離8#煤層的平均間距為74m，12-2#層81001 工作面為極近距離煤層工作面，與上覆12#煤層層間距為1.8～2.3m，且81001 切巷恰好位于上覆81035 采空區下方，層間距僅2.0m 左右。其頂底板巖性見表1。

2 施工技術分析

2.1 小循環擴幫技術

在對巷道進行擴幫時，一般采用小循環的方式[2]，每擴幫1m，便用錨桿和鋼帶組合支護一次，然后再用采煤機和輸送機進行擴幫作業，這種擴幫技術所使用的支護材料成本比較低，受開采的影響，在煤層間距較小時，巖層出現局部破碎，錨桿錨固力不能將巖層組合在一起，因而支護作用受到限制，安全系數大大降低，不能保證巷道頂板的穩定性。

表1 頂底板巖性

2.2 注漿加固技術

通常采用注漿加固、掘進、安裝的技術對采空區下切巷進行擴幫，先用水泥和水玻璃漿混合，對大孔隙進行注漿加固，增加圍巖的強度，然后進行化學注漿[3]，將小孔隙進行填充，以提高圍巖的黏性，在擴幫后進行錨索加固，以增強頂板的強度，但是整體支護費用和注漿費用較高，工期也較長，在實際中不便進行推廣。

2.3 機掘正巷及擴幫技術

針對81001 工作面煤層特點，對切巷小斷面進行機掘貫通，然后正巷擴幫，同時采用錨桿+錨索+四腿雙梁鋼棚/雙腿單梁棚+金屬片網聯合支護方式進行施工，在對巷道施工過程中，確保支架和輸送機的正確連接，使支架安裝位置精確，保證頂板的穩定性，提高施工效率，解決切巷擴幫中支架難以安裝的難題，保障擴幫方案安全高效地實施。

通過對以上3 種方案的對比，確定采用機掘正巷及擴幫技術對81001 切巷進行施工。

3 施工工藝技術

3.1 炮掘30m 機窩施工工藝

由于切巷煤層之間的間距較小，為了將爆破對頂板產生的影響降到最低，采用掘進機對巷道進行施工，在施工前，要先對掘進機施工機窩，本次以切巷南幫作為基準斷面，對機窩炮掘30m。

3.2 小斷面機掘貫通施工工藝

在對機窩炮掘完成后，采用EBZ-230 掘進機進行割煤，采用膠帶運輸機進行運煤，對頂部的錨桿和錨索采用MQT 型風動鉆機進行打孔裝配，沿煤層頂板向前掘進，掘進過程中，嚴格控制巷道的高度，避免巷道過高或過低[4]。具體掘進施工工藝如圖1 所示，巷道斷面寬度為4.2m，每排支護4 根螺紋鋼錨桿，排間距小于700mm×900mm，使用120mm×120mm 小墊和螺帽擰緊錨桿，確保錨桿露在外面的長度在10～50mm 之間，錨孔的深度為1 710mm，每根錨桿至少使用2 根樹脂，盡量實現全長錨固，要求錨桿的預緊力為200N·m，錨固力大于110kN。

圖1 掘進施工工藝

3.3 大斷面機窩炮掘擴幫施工工藝

在對小斷面切巷貫通后，采用機掘機組進行正巷擴幫施工，對機窩段進行炮掘，將機窩段的四腿雙粱棚改為全斷面的四腿雙粱棚，以確保機窩處皮帶頭的正常運行。

3.4 大斷面正巷機掘擴幫施工工藝

在機窩段施工完成后，掘進機組處于正常運行，采用機掘機組進行正巷擴幫施工。由于全斷面的四腿雙梁棚較長，而巷道內的運輸機等設備比較多，無法在巷道內施工，因此將小斷面四腿雙梁棚與雙腿單梁棚相結合，采用相互交錯的布置方式，將已掘進巷道的鋼帶與四眼鋼帶搭接起來，配合螺紋鋼錨桿及鋼筋片網對頂板進行聯合支護，將已掘進巷道的四腿雙梁鋼棚和單腿單梁鋼棚相互交錯，使整個鋼棚呈梯形結構，對巷道的頂板進行雙重支護。擴幫施工具體工藝如圖2 所示。

圖2 擴幫施工具體工藝

4 應用分析

將機掘正巷及擴幫技術在12-2#層410 盤區81001 工作面進行現場應用，成功圈定了面長132m，走向長465m 的工作面，開采煤炭資源約16.5 萬t，如果每噸煤按100 元的收益來計算，則該工作面約收益1 650 萬元，巷道掘進等花費的成本約138 萬元，共計收益1512 萬元，為極近距離采空區掘進切巷擴幫提供了參考。

5 結 論

為減小切巷施工作業對巷道頂板產生的影響，保證擴幫期間頂板的穩定性，以云岡礦12-2#層410 盤區81001 巷采空區下切巷擴幫為研究對象，提出一種機掘正巷及擴幫施工技術，結果如下：

1）利用機掘正巷及擴幫技術，通過打淺眼、少裝藥、放小炮爆破技術順利施工掘進機窩，避免了炮掘時對巷道頂板產生的影響，解決了極近距離采空區下切巷支架安裝困難的難題。

2）利用錨桿+錨索+四腿雙梁鋼棚/雙腿單梁棚+鋼筋片網聯合支護方式，為掘進機和支架等設備提供了作業空間，將小斷面四腿雙梁棚與雙腿單梁棚相結合，采用相互交錯的布置方式，實現短掘進短支護，避免因全斷面四腿雙梁棚梁長過長而難以支護的問題，保證了支護效果，減少了頂板暴露時間，提高了頂板的穩定性。

3）機掘正巷及擴幫技術在81001 工作面施工中取得了良好的應用效果，為極近距離煤層采空區掘進切巷擴幫提供了借鑒。