近距離煤層下巷道掘進安全支護技術應用

馬海紅

（山西新景礦煤業(yè)有限責任公司，山西 陽泉 045000）

引言

煤礦巷道現(xiàn)有的支護方法主要是錨網索支護，但在煤層間距小、巷道頂板較薄、圍巖較破碎的情況下，錨桿（索）無法錨固到完整穩(wěn)定的巖層中，不能實現(xiàn)有效錨固并發(fā)揮主動支護作用。在錨網索無法實現(xiàn)有效支護后，通常采用工字鋼棚、U 型鋼棚等被動支護構件，但被動支護構件大多笨重、安裝復雜、成本高、棚腿易彎折、維護困難。此外，現(xiàn)有的支護方法僅注重最薄弱頂板的強化支護，沒有考慮到巷道幫部、底板支護強度對巷道整體穩(wěn)定性的影響，巷道支護效果差，當工作面回采時，回采巷道受上部采空區(qū)殘余支承壓力及本工作面采動應力雙重影響，巷道常常出現(xiàn)冒頂、底鼓、片幫現(xiàn)象，嚴重影響礦井正常安全生產。

1 15302 工作面概況

山西新景礦煤業(yè)有限責任公司15302 進風巷位于蘆北15 號煤采區(qū)，工作面標高420～481 m，地面標高920～1 087 m，埋藏深度為515～621 m。巷道設計長度為2 055 m。井下位于蘆北15 號煤采區(qū)南翼西部，東為本區(qū)15031 工作面（未掘），南為蘆南15 號煤采區(qū)大巷，西為本區(qū)15033 工作面（未掘），北為蘆北15 號煤采區(qū)大巷。工作面上部3 號煤層為7304、7305、7307、71122、71124 工作面（已開采），8 號煤層為8118、8120 工作面（已開采），其他煤層均未開采[1-2]。

15302 進風巷掘進的15 號煤層總厚6.02～8.89 m，平均厚度7.02 m，傾角3°～12°，平均傾角7°。煤層賦存穩(wěn)定，結構復雜，發(fā)育有兩層夾石，向南下層夾石增厚，造成煤層分叉，煤層以鏡煤、亮煤為主，內生裂隙發(fā)育；15 號煤層老頂為12.01 m 的深灰色石灰?guī)r，夾2～3 層黑色泥巖，含腕足類動物化石，裂隙內充填方解石脈，俗稱“四節(jié)石灰?guī)r”。直接頂為0.33 m 的灰黑色泥巖，不穩(wěn)定，局部存在，常相變?yōu)槟噘|灰?guī)r。

15302 進風巷采用綜合機械化掘進工藝，截止目前巷道已掘進485 m，由于受煤層傾角及地質構造影響，巷道掘進至478 m 處時進入上覆3 號煤層采空區(qū)下方薄煤層區(qū)，實測平均層間距為4.6 m，薄煤層區(qū)掘進長度為47 m，巷道進入薄煤區(qū)后由于受煤層影響，巷道頂板錨索支護難度大，頂板支護強度低，出現(xiàn)頂板斷裂、破碎現(xiàn)象，嚴重制約著巷道安全高效掘進[3]。

2 安全支護技術應用

2.1 噴漿施工

在薄煤層區(qū)掘進機每掘出1 m 巷道后，對巷道實施錨網噴初步安全支護。首先，貼緊巷道頂板及巷幫鋪設10 號冷拔絲金屬網；然后安裝Φ20 mm×2 000 mm 的高強螺紋鋼錨桿，錨桿采用3 支MSCK2360 樹脂藥卷錨固劑進行全長錨固，并施加預緊力80 kN，錨桿的安裝間排距為1 000 mm、1000 mm；最后對巷道全斷面噴射C20 混凝土漿液，噴層厚度為50 mm，達到封閉巷道表面裂隙的目的。

2.2 安裝組合錨管

當巷道掘進并初步錨網噴支護15 m 后，在巷幫及底板安裝組合錨管。組合錨管，由普通的錨索及無縫鋼管組合而成。錨索規(guī)格Φ17.8 mm×3 600 mm；無縫鋼管規(guī)格采用Φ48 mm×3 000 mm。組合錨管安裝方法為：

1）在巷幫及底板施工深度3 600 mm、Φ28 mm 小孔，再沿著小孔軸向施工深度3 000 mm、Φ50 mm 大孔。其中，大孔是在小孔的結構基礎上，徑向向外擴展形成的，小孔和大孔優(yōu)選同軸設置，如下頁圖1 所示。

圖1 15302 進風巷近距離煤層掘進期間支護斷面示意圖

2）將錨索插入Φ28 mm 的小孔中，并采用一支MSCK2360 樹脂藥卷錨固劑進行端部錨固；再將無縫鋼管插入大孔中，利用快干水泥封堵無縫鋼管與大孔孔口之間的縫隙，并在無縫鋼管的管口安裝止?jié){塞。

3）通過止?jié){塞上的注漿孔注水泥漿，注漿壓力范圍為0.5～2 MPa，初始注漿壓力保持在0.5 MPa 并持續(xù)注漿1 min，若無漏漿現(xiàn)象注漿壓力逐步增加到2 MPa 并持續(xù)注漿5 min 左右。

4）注漿后立即安裝錨索配套的托盤及鎖具，并施加初始預緊力64 kN；當水泥漿液完全凝固后，二次對錨索施加預緊力，使其預緊力達到200 kN。其中，托盤及鎖具均為現(xiàn)有技術，其與錨索為配套使用，組合錨管的安裝間排距優(yōu)選為2 000 mm、2 000 mm[4]。

2.3 安裝方矩鋼管

安裝完組合錨管后，在巷幫肩角處安裝方矩鋼管，方矩鋼管口徑為300 mm×150 mm、壁厚6 mm；每根方矩鋼管的長度4 400 mm、排距為3 000 mm。方矩鋼管的安裝方法如下：

1）在巷幫肩角處掏水平梁窩，水平梁窩規(guī)格為長×寬×深=350 mm×200 mm×400 mm。

2）在方矩鋼管內部插入鋼筋骨架及膠管，并將方矩鋼管安裝在巷幫肩角處水平梁窩內，采用快干水泥封閉方矩鋼管與水平梁窩之間的空隙。

3）通過膠管向方矩鋼管內部注入C20 混凝土漿液，并在方矩鋼管與巷道頂板的空隙處插入木板。完成巷道滯后加強支護。

3 支護優(yōu)點

1）該支護方式適用于在近距離煤層的采用區(qū)下方的回采巷道進行安全支護，該支護方法改變了傳統(tǒng)上僅注重頂板支護強度的觀念，通過同時加強巷道幫部和巷道底板支護的強度，提高了巷道幫部及巷道底板的自身承載能力，最大程度實現(xiàn)了巷道圍巖自身及支護構件的協(xié)同支護作用，提高了巷道圍巖整體的穩(wěn)定性，可以大大減少近距離煤層采空區(qū)下回采巷道冒頂、底鼓、片幫等災害事故[5]。

2）提出的近距離煤層采空區(qū)下回采巷道支護方法中，巷道頂板被動支護方式為方矩管，方矩管重量輕、易于施工、成本低廉；方矩管內置入鋼筋骨架及注入混凝土后，形成類似鋼筋混凝土梁結構，承重性能好，能夠滿足頂板被動支護的剛性要求[6]。

3）提出近距離煤層采空區(qū)下回采巷道的支護方法分為巷道每掘進1 m 后實施初步錨網噴安全支護、每滯后掘進頭15 m 后實施加強支護的兩個支護階段，可以保證在初步安全支護的前提下進行滯后加強支護，不影響掘進作業(yè)，從而實現(xiàn)二者平行作業(yè)，相對縮短支護時間，大大提高了巷道掘進速度，實用性強[7]。

4 結語

2021 年3 月14 日15302 進風巷已掘進至530 m處，巷道已完全過薄煤層區(qū)，巷道在近距離煤層掘進期間對頂板采取聯(lián)合支護技術后，巷道在后期掘進過程中未發(fā)生因層間距小發(fā)生頂板破碎、斷裂現(xiàn)象，保證了巷道近距離煤層巷道安全快速掘進，為其他類似條件下巷道掘進提供了實踐支護依據(jù)，取得了顯著應用成效。