巷道过陷落柱施工工艺及支护优化

王宾涛

（山西长平煤业有限责任公司，山西 晋城 048000）

1 工程概况

表1 煤层顶底板情况表

长平矿主采3号煤层，煤层平均厚度为5.62m，煤层结构为4.24（0.23）1.15。二盘区胶带机大巷为二盘区采面回采时的主运煤和进风巷道，布置在3号煤层中，沿3号煤煤层顶板掘进，巷道掘进断面为宽5.8m，高 3.3m，面积 19.14m2，采用高强锚杆、锚索、W钢护板配合金属网的混合支护。巷道标高496～549m，盖山厚度范围370～405m。3号煤层直接顶为泥岩，厚2.63m，老顶为细粒砂岩，厚6.01m；直接底为泥岩，厚0.77m，老底为细粒砂岩，厚3.44m（煤层顶板底板情况见表1）。二盘区胶带机大巷整体东西高，中间低，巷道掘进至656m左右为巷道最低点，掘进坡度较大，为0～9°下山趋势。巷道掘进中局部顶板节劈理发育，煤体疏松破碎。根据三维地震资料显示，巷道掘进到1150m处，发育扩DX20陷落柱，预计长轴45m，短轴30m，预计掘进40m后通过该陷落柱。

2 原过陷落柱施工工艺和支护存在问题

2.1 掘进工艺及存在问题

以往巷道掘进采用EBZ150掘进机进行掘进割煤作业，在巷道掘进过程中遇到陷落柱时，若果矸石硬度f≤6，采用掘进机直接截割的方式通过；如果矸石硬度f＞6，掘进机截割困难时，采用炮掘施工，在工作面打眼放炮，并采用掘进机修边出矸。由于EBZ150掘进机功率低，截割矸石硬度到，掘进机出矸时经常出现卡绊的现象，且由于掘进机负荷较大，经常造成油温超高、油管接头漏油或爆裂，出矸效率低；炮掘施工时，由于炮眼多，打眼放炮工序多，导致炮掘施工效率低，且放炮易造成矸石迸溅，需要对巷道内的风筒、电缆、风水管路、掘进机及其上方的电气设备采取保护措施。因此，巷道掘进遇陷落柱时，整个过陷落柱的掘进施工工艺复杂，作业人员多，作业量大，施工效率低。

2.2 巷道支护及存在问题

二盘区胶带机巷采用高强锚杆、锚索、W钢护板配合金属网的混合支护。巷道顶板支护：锚杆型号为MSGLW—500 22/2400，间排距为 1000×1000mm，配合400×280×4mm型W钢护板支护；采用两支锚固剂的树脂加长锚固，设计预紧力矩为400N.m、设计锚固力为150kN；金属网护顶，网孔50×50mm。锚索规格为SKP22×1/1720.6300，采用三支锚固剂的加长锚固，布置方式为“2-3-2-3”，排距 1000mm，设计预紧力不低于350kN。巷道两帮支护：锚杆型号MSGLW—500 22/2400，间排距为 900×1000mm，；锚固方式、预紧力、设计锚固力和护表网片规格与顶板相同。锚索规格为SKP22×1/1720.5300，采用三支锚固剂的加长锚固，帮锚索排距1m，每帮1根，呈“之”字型布置，设计预紧力不低于250kN。具体参数见图1所示。

图1 巷道锚杆支护图

在过陷落柱期间由于巷道顶板破碎、完整性较差，顶板锚杆、锚索锚固力难以满足设计要求，锚杆支护控制顶板效果有限，为维护巷道顶板稳定，需要在原巷道锚网索支护的基础上滞后工作面10米开始架设梯形棚跟进加强支护。梯形棚棚距1000mm，扎角400mm，棚梁长4600mm，上下棚腿长3200mm，顶板背5处背板，两边背板距巷帮800mm，背板间距为1000mm（梯形棚支护见图1所示）。梯形棚架设时需要在巷道靠近两帮底板处挖柱窝，上棚梁时需要多人配合，且在巷道下山掘进时梯形棚迎山角难以确定和调整，巷道架棚工程量大、作业人员劳动强度大，且工程质量要求高、施工难度大，导致巷道掘进效率低，严重影响矿井采掘斜街。

图2 梯形棚支护图（单位mm）

3 过陷落柱掘进工艺及支护优化

3.1 改进设备优化工艺

由于炮掘工序多，施工效率低，为提高巷道掘进施工效率，需采用机械化代替过陷落柱期间的炮掘掘进工艺，采用功率高的掘进机组EBZ260岩巷掘机进行巷道掘进，该掘进机功率高、适应性强、破岩能力强，能截割硬度为100MPa的全岩断面。因此，在过陷落柱期间掘进工作面不再需要打眼放炮破岩的工序，且掘进机小溜子马达功率高，在出矸过程中基本不出现矸石卡小溜子的情况，大大提升了掘进机出矸效率，从而提升掘进施工效率。

3.2 支护方式优化

1）增强顶板护表。根据地质资料情况，在即将揭露陷落柱时提前进行钻探，探测陷落柱影响范围，在巷道掘进揭露陷落柱之前10m开始，巷道顶板采用双层金属网，增强对巷道破碎顶板的护表能力。

2）锚杆支护锚固力检测。提前10m进行巷道锚杆支护施工时，时刻检测巷道顶板锚杆、锚索锚固力是否满足设计要求，如果锚杆、锚索锚固力满足设计要求则采用原有支护方案，如果围岩破碎，锚固力不满足要求时应及时进行反馈，并采取相应技术措施。

3）巷帮注浆加固。根据巷道掘进揭露陷落内部情况，巷道围岩破碎，锚杆、锚索锚固力不能满足设计需要时，需对巷道两帮围岩进行注浆加固，充填巷道围岩裂隙，改善围岩结构，提高围岩整体性，从而提高巷帮承载能力。在巷道两帮施工上下两排钻孔，矩形布置，上排钻孔距顶板1m，下排钻孔距顶板2m，排距2m，采用525水泥和水玻璃进行注浆。

4）顶板全锚索支护。当巷道过陷落柱期间顶板锚杆、锚索锚固力不满足实际需要时，改变顶板支护方式，采用顶板全锚索支护，由锚索替代原锚杆支护，锚索间排距与原锚杆间排距保持一致，并采用全长预应力锚固，保证顶板锚索支护锚固力。

5）围岩喷浆封闭。由于巷道直接顶为泥岩，易风化变形破碎，加之陷落柱影响范围内巷道围岩节理裂隙发育，使得空气通过节理裂隙进入围岩内部，导致深部围岩风化，加速巷道围岩变形破坏，因此，根据探测揭露陷落柱情况，在陷落柱前后影响区各20m范围内进行喷浆封闭巷道围岩，防止围岩产生风化变形。喷浆采用C20混泥土，喷浆厚度50mm。

6）顶板动态监测。在巷道陷落柱影响范围内，每隔10m安设一个顶板离层仪，及时监测顶板离层情况，发现离层加大，顶板出现网兜等情况时，提前采取措施进行顶板补强。

4 实施效果分析

通过井下工业性试验，采用EBZ260机组截割过陷落柱，可以有效提高掘进效率。掘进进尺由原来的每天2m，可以提高至每天5m，掘进效率提升150%，很大程度上缓解了采掘衔接紧张的局面。同时取消打眼放炮作业，节省人工，避免放炮所带来的各种风险。采用喷浆作业后，顶板等到了有效控制，并采用“十字”测量法对硐室开口处顶板下沉量进行监测，顶板下沉量不大于150mm，两帮收缩量不大于250mm，巷道支护效果良好。

5 结 语

地质构造是影响巷道掘进效率的重要因素之一，陷落柱内矸石硬度大时需要采用炮掘，掘进效率低，通过改进巷道掘进设备，采用大功率的掘进机组，直接截割过陷落柱，巷道掘进效率提升150%；优化了巷道过陷落柱期间的支护方案，通过采用“增强顶板护表、检测支护质量、注浆加固巷帮、顶板全锚索支护、喷浆封闭和顶板动态监测”等综合技术措施，保证了巷道支护效果，实现了巷道安全、快速、高效过陷落柱。