大断面巷道穿越采空区掘进工艺

路明文，韦连波

微山崔庄煤矿有限责任公司，山东 济宁 277606

微山崔庄煤矿有限责任公司矿井设计生产能力60万吨/年，核定生产能力120万吨/年。立井单水平上下山开拓，开采水平为-250m水平，现主采3上、3下两层煤。随着矿井一采区、二采区3上回采结束和开拓工程的延伸，矿井通风阻力增大，负压增大，原有的主要进风巷道-250m水平轨道大巷巷道断面（仅为7.2m2）已不能满足矿井三、四采区开拓和通风需求，制约了矿井的发展，为此必须对-250m水平轨道大巷进行改造。

1 大巷改造方案

1.1 改造方案

为减小通风阻力，提高矿井有效风量，满足矿井安全生产需要，通过分析和大量现场调研，根据矿井实际情况对大巷改造提出2种方案。

方案1:在原-250m水平轨道大巷的基础上对巷道断面进行刷大。

方案2:重新施工一条巷道，对-250m水平轨道大巷进行改道取直。

1.2 方案选择

方案1:优点比较明显施工方便、工程量小、成本低；其缺点就是-250m水平轨道大巷为主要运输巷道施工时影响矿井生产，巷道不直有4处拐弯影响通风。方案2:优点不影响矿井正常生产，巷道取直后不仅解决矿井通风还便于轨道运输；缺点工程量大、成本高，施工难度大，其中180m巷道需要穿越3上煤采空区。

为了不影响矿井生产，考虑矿井长远规划和发展，因此决定选用方案2。

2 工程概况

-250m水平轨道大巷改道取直工程井下位于湖区2#皮带巷以南，原-250水平轨道大巷以北，开口处在三采区辅助轨道上山下口以东22m处，停工处在轨运2#联络巷。巷道设计长度420m布置在3上煤层底板中，其中巷道中部180m需要通过3上煤层采空区，巷道设计半圆拱形断面，采用锚网（索）喷浆配合25U型钢拱形可缩性金属支架联合支护，巷道净宽4.5m，净高3.75m，净断面积15.4m2，掘进断面积17.4m2。

3 施工方法

-250m水平轨道大巷改道取直工程的关键之处，就是巷道中部180m如何穿越3上煤层采空区，为了保证巷道通过采空区时施工安全，防止巷道在通过采空区过程中发生冒顶、有害气体溢出及自燃发火等事故，经过调研论证和各方面综合比较，决定先期采用导硐施工通过采空区，然后对顶板注浆加固后再进行扩大施工方法。就是先期在采空区下方底板岩石中掘进小断面巷道与采空区留设0.5m保护层通过采空区，然后在导硐内对顶板的采空区进行注浆加固，形成再生顶板，增加顶板的厚度及强度，达到扩帮挑顶要求后，再对导硐进行扩大至设计断面尺寸。

4 支护设计

为了解决巷道穿采空区的支护问题，考虑到巷道为永久使用巷道，服务年限长，并担负矿井运输任务，因此该段巷道的支护既要有足够的承压强度，又要保证施工安全，故巷道穿采空区的支护，导硐采用工字钢梯形架棚支护，扩大后的巷道永久支护采用锚网喷配合U型钢拱形可缩性金属支架联合支护。

导硐支护参数: 11#矿用工字钢梯形架棚支护，梁长3.22m，腿长2.6m；优质背板、板梁、撑杆，8＃镀锌铁丝制作的菱形金属网；断面规格:上净宽3.0m，下净宽4.0m，净高2.2m，棚距0.8m。

永久支护（刷大后巷道）参数:巷道断面形状为半圆拱形，巷道断面为净宽×净高=4.5×3.75m；锚杆采用20MnSI钢制成的等强度螺纹钢锚杆，Φ18mm，长度为2000mm，间排距0.8m，10#镀锌铁丝制作的经纬网,喷射混凝土的强度不低于C20，喷厚160mm ，25 U型钢拱形可缩性金属支架，规格:净宽4.6m，净高3.8m，金属支架间距0.8m。

5 施工工艺

5.1 导硐施工工艺及要求

1）巷道正常施工至距采空区5m时，在巷道中下部底板岩石中与采空区留设0.5m保护层掘进上宽3m、下宽4m，净高2.2m巷道。导硐采用钻爆法施工，简易光面爆破，施工工艺流程如下:安全检查→打眼放炮→安全检查→临时支护→出碴→永久支护（架设11#工字钢棚）；

2）施工中严格执行“边探边掘”的原则，提前探明采空区水、瓦斯等情况，保证导硐顶板与采空间距不小于0.5m；

3）循环进度始终控制在0.8m，采用“短掘短支”的施工方式作业，针对顶板层间距大小采取放小炮、缩小周边眼间距控制装药量，减少放炮次数，以减少放炮对围岩的震动破坏；

4）加强顶板管理，进入工作面前要进行安全检查，敲帮问顶找掉活矸危岩，爆破后及时进行临时支护，对空顶的围岩及时有效支护，防止漏、冒顶；

5）加强通风管理，局部通风机使用双回路供电，安设双风机自动分风装置，以保证工作面正常通风；

6）导硐成巷后及时向顶部喷射50mm混凝土，进行封闭防止向采空区漏风；并使用单体液压支柱对导硐钢棚支护进行加强支护。

5.2 导硐施工的应用效果

1）快速通过了采空区与已施工的巷道贯通，形成全风压通风，解决了通风、防尘问题；

2）缩小了围岩的暴露面积和时间，减小了临时支护空间，使巷道的顶、帮易于维护，有效的防止漏、冒顶事故的发生，保证了施工安全；

3）与采空区留有0.5m的保护层，有效的防止了向采空区漏风和有害气体的溢出；

4）有效释放采空区应力、改善围岩承载能力，充分发挥围岩的自承力，降低了应力对后期巷道扩大影响；

5）导硐内对顶板采空区进行注浆加固施工方便，便于控制采空区注浆加固范围，有效的保证注浆效果达到巷道扩帮挑顶要求；

6）在导硐内对顶板采空区加固后，两头同时作业对导硐进行扩大，缩短了巷道的施工工期。

5.3 导硐刷大工艺及要求

1）顶板采空区注浆加固完成后，必须对注浆效果进行钻孔检测，确认达到设计效果时方可对导硐刷大，否则必须进行补注；

2）巷道采用挑顶扩帮的方法对导硐进行刷大，两帮采用锚网支护，顶部架设25U型钢棚支护。导硐刷大施工顺序:交接班→安全检查→打眼放炮→安全检查→临时支护→出渣→架设U钢棚→两帮打锚杆挂网→初喷→复喷成巷。首先采用钻眼爆破的方法对导硐进行挑顶扩帮，爆破后及时对顶部进行临时支护，然后出渣，渣出完后拆掉导硐内的工字钢棚架设U型钢棚，当前探梁所控制顶板范围内的U型钢棚架设完毕，两帮打锚杆挂网后初喷封闭顶板围岩，初喷厚度不低于30mm，巷道成型后及时复喷成巷；

3）导硐挑顶剥帮10m范围内的11＃工字钢棚，必须提前采用单体液压支柱“一梁三柱”进行加固，保证导硐支护完整；

4）严格按照中腰线和炮眼布置图进行爆破挑顶剥帮，打眼时应定钻、定人、定眼位，确保炮眼的眼位、深度、角度符合设计要求，随着工程进度及时优化爆破参数，减少爆破后巷道超挖、爆轰波对顶板围岩的破坏；

5）U型钢棚棚腿用锚杆进行加固，两U型钢棚之间及巷道超挖处用混凝土浇筑填实，保证U型钢棚的稳定性；

6）严格控制循环进度，每循环一架棚（0.8m）,架一架拆一架，并及时探测顶板采空区加固效果，局部加固厚度不足的要及时进行补注。

6 采空区注浆加固工艺及要求

6.1 顶板采空区注浆加固目的

在巷道顶板上部采空区形成2.0m～4.0m有效保护层，结合实体岩层加注浆凝固厚度，保证扩大巷道时安全施工。

6.2 注浆材料

水泥:普通新鲜的硅酸盐水泥，强度等级不低于32.5。水玻璃:模数2.2～2.8，浓度不低于40Be 。

6.3 施工工艺

1）布孔:布孔要均匀并根据现场注浆效果，可适当调整孔口布置密度。孔口间距为1m，排距为2.5m布置，孔口管长度800cm～1000cm，钻孔深度4m（参考图a.b）；

2）注浆施工:注浆时应经常观测注浆压力和流量的变化，发现异常情况及时处理。注浆过程中要经常观察工作面及孔口情况，发现跑浆和串浆及时点注，并可调整浆液比例。注浆过程中要做好记录；单孔注浆量，深度，压力，比例调整，凝胶时间等。为尽量避免串浆情况发生，注浆时采取隔孔注浆的顺序进行；

3）浆液比例:水灰比（重量比）1～1.2∶1.双液浆配合比。

4）浆液效果观察:注浆结束前必须对注浆效果进行检查，确认已达到注浆效果，方可结束注浆，否则必须进行补空再次注浆。初次注浆结束待凝胶后在套孔检查，针对可疑薄弱地点可作适当补注，保证注浆层厚度。效果检查主要有以下3种:

-250m水平轨道大巷改道采空区顶板注浆加固效果图

（1）分析法:对注浆记录统计进行分析，每孔压力流量是否达到注浆结束标准，反算浆液扩散范围；检查每孔都是否按规定进行注浆，有无漏注和其它原因无法注浆情况，是否按设计要求；（2）直观检查法:有无漏浆、窜浆情况，并换算顶板厚度和注浆量；（3）钻孔检查法:根据现场观察，针对重点和注浆薄弱点钻孔探明注浆层厚度和均匀程度；

5）跑浆处理:跑浆在一定程度上反映了浆液的扩散距离和行走路径，但浆液量过大造成漏浆或者有漏洞跑浆造成材料浪费，所以在发现跑浆时应及时采取下列措施进行处理:一是对于跑浆量大的缝隙在条件许可情况下可用纱布或木楔进行堵塞；二是采用间歇式、停注的方式给浆液充足的凝胶时间，同时可以调节水玻璃和水泥浆的浓度，帮助加快浆液的凝胶速度；

6）套孔:考虑一次性钻孔注浆有增加高度的难度，初次注浆结束待凝胶后在套孔检查，针对可疑薄弱地点可作适当补注，保证注浆层厚度；

7）注浆工艺流程:安装孔口管→安设高压球阀→抽钎关闭球阀连接混合器与注浆管路→开启注浆机进行压水→打开球阀→注入水泥浆液→调整凝胶时间封孔→关闭球阀→换孔。

6.4 注浆加固后的效果

注浆后浆液封堵了围岩的裂隙，隔绝空气，减轻围岩风化，浆液将采空区松散破碎的围岩胶结成为整体，在巷道顶板上部采空区形成有效保护层，提高了岩体的强度，巷道刷大时没有发生冒顶等事故，保证了施工安全。

7 应用效果

崔庄煤矿通过对-250m水平轨道大巷改造，矿井通风阻力明显下降，风阻由原1850Pa降为1480Pa，风量增加了近702m2，使通风系统更加趋于合理，通风系统的安全性稳定性得到增强，保证了矿井的后续发展。特别是利用导硐施工法以及采空区注浆加固、锚网喷配合25U型钢金属支架等支护技术,巷道安全穿越采空区，施工中没有影响生产，没有发生顶板、瓦斯等事故，保证了矿井生产需要。巷道穿采空区成功施工，为今后同类型巷道施工积累了经验，提供了安全可靠的技术保障，有效解决了巷道穿采空区施工困难的问题。