峪煌煤业二采区运输巷过采空区技术探讨

焦海军

（山西煤炭运销集团 沁水峪煌煤业有限公司，山西 沁水 048211）

1 工程概况

峪煌煤业井下二采区开采煤层为山西组2#煤层，煤层赋存于山西组中部，煤层厚度3.10～3.88 m，平均3.69 m。为全区稳定可采煤层，煤层结构简单-较简单，一般见0～3层夹矸，煤层顶板为泥岩、粉砂岩，底板为泥岩、砂质泥岩。在采区南部和北部有采空区。二采区运输巷采用机轨合一布置，铺设带式输送机及轨道，担负二采区原煤运输及材料、设备和矸石等辅助运输任务。

二采区运输巷设计规格为：5.0 m×3.0 m，矩形断面，采用锚杆+钢筋网+锚索联合补强支护。顶锚杆采用左旋无纵筋螺纹钢锚杆，规格为Φ20 mm×2400 mm，采用网孔规格40 mm×40 mm的钢筋网，顶锚杆每排7根，间距800 mm，排距800 mm。锚索采用低松弛预应力钢绞线，规格为Φ15.24 mm×6500 mm，每排2根，间距2400 mm，排距1600 mm。巷道两帮采用左旋无纵筋螺纹钢锚杆，规格为Φ20 mm×1800 mm，每排4根，间距800 mm，排距800 mm。

二采区运输巷在掘进施工至279 m处时遇采空冒落区，冒落最大高度在10 m以上，冒落区范围长约100 m，宽约50 m，根据揭露情况现直接通过采空区难度大，经研究决定采用穿2#煤层底板的方法通过采空区。工程布置见图1。

2 技术方案

2.1 技术方案

（1）二采区运输巷在掘进期间揭露采空冒落区，在经过几次改变掘进方位绕过采空区的方法尝试后，均未成功。后请设计院出具设计方案，给出“撞楔式注控顶固帮架设U型棚支护方案”，但是安全系数低、投入成本较高。最终经多方考虑，确定采用钻底板、掘进岩巷，使用U29型钢棚进行支护的方案通过采空区［1］。

（2）首先以-12°坡度向2#煤层底板钻底掘进施工，当巷道钻过2#煤层底板，且层间距达到7.5 m时，巷道以3°坡继续施工87 m后，再以14°坡施工48 m穿过2#煤层顶板，再沿2#煤层施工至2201运输顺槽口，见图2。

（3）过采空区巷道断面采用拱形断面，巷道净宽4000 mm，净高3310 mm，拱高1610 mm，净断面积10.64 m2。采用U29型钢棚支护，棚距800 mm。钢棚上方铺设金属菱形网，菱形网采用12#铁丝编制，网孔规格40 mm×40 mm，网片规格长×宽=9000 mm×1000 mm，菱形网上方采用背板背紧背实，背板规格长×宽×厚=1000 mm×150 mm×80 mm的木板，背板间距1000 mm。

（4）巷道开口前10 m范围内巷道支护采用锚网索支护，锚杆间、排距为900 mm。当施工巷道上方留顶煤厚度达到1.5 m时，再采用U29型钢棚支护留顶割底掘进施工［2］。

（5）巷道变更方位后形成的盲巷通风部门要及时进行封闭。

（6）施工过程中，探放水部门要坚持“有掘必探”的原则，及时对施工巷道及采空区进行钻探。巷道施工每隔10～5 m，要及时对顶板上方打钻进行钻探，每次钻探钻孔个数不少于3个。以便及时掌握巷道上方采空区积水情况及巷道顶板与2#煤层底板的层间距。

图2 二采区运输巷下穿采空区布置

2.2 U型棚支护技术要求

（1）架棚时，梁腿搭接处使用新型卡子，每处搭接上2个卡子，整体成线，螺母上齐拧紧。棚与棚之间用拉杆联接稳固，每根梁、腿上一根拉杆，拉杆位于梁、腿的中间，交错布置上齐成线。所架设的支架要对山，严禁前倾后仰［3］。

（2）棚梁和棚腿子搭接500 mm，必须使用槽钢拉条，每棚使用1道，拉条位置：棚梁中线位置。

（3）架棚时，必须确保柱窝深度，柱窝深度不小于150 mm，并接至实茬。

（4）采用背板插严背实，严禁空帮空顶现象出现。

（6）架棚中，迎山角不超过设计0.5°，且不得向下山方向倾斜，巷道每6～8°有1°的迎山角；棚子架设要正，吊斜不得大于100 mm，另肩不大于50 mm。

另外还应做好架棚支护质量检验工作，具体检验要求如表1所示。

表1 架棚支护质量检验

3 架棚穿底板过采空区的优缺点

3.1 优点

采用穿底的方式通过采空冒落区，比直接通过撞楔法或者注浆等方式的安全系数高一些，相比注浆直接通过的方法，成本上相对降低。

（1）每米人工费：月工资按8000元/人计算，每米按投入10个工计算。为8000/30=266×10=2660+532(增加20%)=3192元

（2）每米钻杆费用：按每米消耗3根钻杆、3个钻头算，钻杆长按3 m计算，150元/根，钻头30元/个。150×3+30×3=530元

（3）木背板：50元/块。 50×12=240元（如增加另算）

（4）U型棚：1950元/棚，1.25架/m。 1950×1.25=2437.5元

（5）钢筋网：18.2元/mm2，8.9m2/m，18.2×8.9=162元

每米总价为：

3192+450+90+240+2437.5+162=6571.5元

3.2 缺点及改进方法

架棚钻底的方式过采空冒落区，为岩巷掘进，采用炮掘方式施工进度相对较慢，如果增加冲击式凿岩机进行破岩，代替人工放炮的方式，效率会相对提高［4］。人工炮掘作业，出渣方式及矸石影响全矿煤质的解决方法：

（1）钻入底板后，采用刮板输送机+人工出渣的方式，运输环节多，工人的劳动强度大，掘进效率低，安全系数低。

（2）采用卡轨式耙岩机配合1 t矿车进行出渣运输的方式，安全系数过低，《煤矿安全规程》规定高瓦斯、煤与瓦斯突出和有煤尘爆炸危险的煤巷、半煤岩巷严禁使用钢丝绳牵引的耙岩机，即将列入国家淘汰的设备。

（3）采用履带式耙岩机+胶轮车进行出渣的运输方式，可以将矸石经过无轨胶轮车运输至运输巷指定地点暂时堆放 （前提是不影响通风、行人、运输等），在主斜井皮带不运输原煤的时段，适时运输矸石出井，这样既不影响掘进，又不与原煤混搭影响煤质，又提高机械化程度、减轻工人劳动强度、增加安全系数。

以上方案经研究决定，第3种运输方式可以实现分装、分运，设备较先进，峪煌煤业的巷道条件均能满足需求。在二采区运输巷钻底段，可采用履带式耙岩机+无轨胶轮车的运输方式［5］。

4 结语

煤矿巷道沿空巷道施工，留空送巷、过老墟、穿采空区掘进是一项难度较大的采矿工程。就过老墟、采空区巷道状况而言，原有巷道岩体内应力增大，顶板易破碎，片帮掉顶严重，给正常掘进增加了一定难度。尤其是整合后的矿井，在不能全面掌握地质资料的情况下，对掘进巷道穿过采空区来说，构成相当大的安全威胁。峪煌煤业二采区运输巷钻底钻底通过采空区成果来看，巷道钻底后未出现棚梁变形及顶板破碎、巷道压力显现等情况，由此看来钻底方式穿过采空冒落区，可以实现控顶固帮，确保顶板和煤柱稳定，效果良好。