回采工作面小煤柱护巷加固措施

王浩奇

（大同煤矿集团雁崖煤业有限公司，山西 大同 037003）

1 工作面概述

大同煤矿集团雁崖煤业公司8304工作面位于井田三盘区西翼，工作面东部为西翼大巷，南部为8305工作面，西部为实煤区，北部为8302工作面，如图1所示。工作面设计走向长度为1700m，倾向长度为220m。8304工作面回采煤层为二叠系下统山西组4#煤层，平均厚度4.5m，煤层发育不稳定，含有两层夹矸。直接顶主要以泥岩、煤混合岩层为主，平均厚度为3.5m，基本顶主要以细粉砂岩为主，平均厚度为7.8m。

8304工作面采用的是综合机械化无煤柱回采工艺，工作面布置设计时8304回风顺槽（5304巷）与8312回风顺槽（5305巷）预留宽度为6.0m的小煤柱。8304工作面在回采前采用链臂锯在距小煤柱0.5m处进行切顶，切顶深度为4.0m，切缝宽度为0.1m。

8304工作面670m处位于回风顺槽侧揭露一条正断层F5，断层落差为1.4m，倾角为52°，断层与工作面呈47°夹角。受构造应力影响，工作面回采时650～720m段小煤柱出现严重破碎现象。

初步支护设计中5304巷与5305巷预留的小煤柱采用单锚杆支护，每排布置3根，锚杆间排距为1.0m，第一排锚杆施工在距顶板0.5m处，锚杆长度为2.0m。在650～720m段工作面回采时在小煤柱侧支设一排单体支柱加强顶板维护。

图1 8304工作面平面布置示意图

2 回采期间技术难题

（1）小煤柱侧顶板压力集中明显。受回采压力及构造应力影响，工作面回采至650～720m段小煤柱侧，顶板压力集中相对明显，而5304巷切顶深度为4.0m，无法实现顶板完全卸压，从而造成小煤柱侧顶板出现下沉现象，最大下沉量达0.47m。

（2）小煤柱侧支护失效现象严重。由于8304工作面回采煤层属石炭二叠纪煤层，煤层结构复杂，胶结稳定性差，煤体呈破碎状。而且小煤柱宽度为6.0m，小煤柱两侧采用锚杆支护时，受钻孔扰动影响进一步加大了煤体破坏程度，造成锚杆锚固效果差，锚杆失效现象严重。

（3）小煤柱维护难度大。受8304工作面回采应力及F5断层应力影响，顶板应力大，造成煤柱挤压型破坏，煤柱片帮现象严重，采用传统锚杆支护效果差，小煤柱维护难度大。

（4）支护劳动强度大。650～720m段在小煤柱侧支设单体支柱进行维护，间距为1.5m，共需支设50架，劳动强度大，而且工作面回采后需人工回收支柱，难度大且不利于施工安全。

3 安全回采技术措施

为了保证工作面过断层应力区的安全，经研究决定采用“水力造穴卸压+注浆+柔模浇筑+施工穿帮锚索”措施对650～720m段小煤柱进行联合维护管理。如图2所示。

3.1 水力造穴卸压

（1）水力造穴孔施工在5104巷顶板，与小煤柱间距为1.0m。造穴钻孔深度为5.0m，钻孔间距为6.0m，钻孔呈直线布置。

（2）采用水力冲孔钻机配套直径为25mm、钻头直径为42mm钻孔进行普通钻孔施工，钻孔施工深度为4.2m，钻孔垂直顶板布置。

（3）普通钻孔施工到位后，及时更换旋转切割钻头进行造穴孔施工。造穴孔长度为0.8m，直径为0.5m，造穴孔施工完成后及时清理孔内煤岩屑。

3.2 注浆施工

（1）注浆孔参数。在650m处对小煤柱巷帮施工注浆钻孔，共计施工两排注浆孔，第一排施工在距顶板0.8m处，第二排施工在距顶板2.0m处。钻孔深度为4.0m，直径为45mm，钻孔间距为4.0m，钻孔与顶板呈30°仰角布置，共计布置36个注浆钻孔。

（2）注浆设备及配料。采用型号为3ZBQ20/24矿用气动注浆泵进行注浆，需注浆泵一台、注浆枪一把、Ф50mm软管30m、4寸钢管6m。注浆液采用马丽散与催化剂配比为1:1混合液。

（3）注浆工序。首先将注浆管塞入注浆钻孔内，采用棉纱进行封孔，将软管分别与注浆枪和注浆泵连接，并将注浆泵两个吸料软管分别插入装有马丽散与催化剂料桶内，开启注浆泵风动阀门进行注浆。注浆压力控制0.5～1.5MPa之间，注浆期间发现煤壁有浆液渗出时立即停止注浆。

3.3 柔模浇筑技术

（1）在小煤柱巷帮施工两排锚杆，第一排施工在距顶板1.0m处，第二排施工在距顶板2.0m处。锚杆间距为4.0m，锚杆外露长度为0.4m。

（2）所有锚杆施工后，在锚杆外露端吊挂长度为4.2m“JW”型钢带，钢带与巷道平行布置，钢带与锚杆之间采用钢方垫、螺母进行预紧。

（3）在钢带与巷帮之间支设一排密集木柱，木柱紧贴钢带，木柱长度为3.5m，直径为30mm，木柱支设间距为1.0m，共计支设72根（端头各一根）。木柱支设后确保木柱与顶板接触严实、不晃动。

（4）木柱支设完成后，采用长度为3.0m、宽度为0.5m、厚度为0.02m木板进行分段支盒，每段支盒长度为5.0m，支盒后形成封闭浇筑空间。

（5）单段支盒高度达1.0m且形成封闭空间后，对其进行混凝土浇筑。混凝土料比为砂子:石子:水泥=2:2:1，混凝土强度不得低于C30。浇筑到位后再继续支盒，依次类推，直至浇筑面与顶板接触严实。

3.4 施工穿帮锚索

（1）为了保证浇筑面与煤柱接触严实，柔模浇筑施工完成后，在浇筑面施工穿帮钻孔。钻孔深度为6.5m，钻孔直径为30mm，共计施工两排且成迈步式布置，第一排施工在距顶板1.0m处，排距为2.5m，间距为3.0m。

（2）钻孔施工完后，在钻孔内穿插一根长度为7.5m、直径为21.6mm高强度预应力锚索。小煤柱两侧锚索外露长度为0.5m，并对外露端安装长度为0.6mm工字钢梁及锁具进行预紧，预紧力不得低于233kN。

4 结 语

（1）通过在应力集中区施工水力造穴孔，提高了顶板应力卸压效果，减小了小煤柱侧应力集中现象及顶板应力对小煤柱破坏作用。

图2 小煤柱联合措施施工断面示意图

（2）通过对小煤柱不稳定煤体注浆施工，提高了破碎煤体胶结稳定性及承载能力，提高了巷帮锚杆支护效果，防止小煤柱受应力作用出现巷帮剥离破坏。

（3）与传统支设单体支柱相比，采取柔模浇筑技术不仅提高了小煤柱对顶板支撑横截面积，降低了支护劳动强度，而且减少了顶板应力对煤柱挤压破坏作用，防止了顶板出现下沉、破碎现象。

（4）采用穿帮锚索不仅将浇筑面与煤柱连接成整体，防止浇筑面受力出现垮落事故，而且对小煤柱起到预紧作用，减少工作面回采期间5305巷侧煤柱出现片帮现象。