采空区薄岩柱下沿空巷道安全掘进工艺实践

于振祥 窦衍来 曲寿龙

（枣庄矿业集团高煤公司，山东 微山 277605）

高煤公司主要开采煤层为3上、3下煤层，煤层开采厚度适中，同一采区3上煤回采过程中或回采结束后间隔时间较短即开始3下煤层掘进施工，掘进巷道受围岩压力影响明显，同时受煤层间距不均匀影响，沿空顶板薄岩柱下安全掘进难度大，下部沿空施工困难，施工效率低，对生产接续影响较大。

1 概况

3下1103 材料巷设计长度1 238.962 m，两侧沿空，顶部为3上1101 工作面采空区，上帮沿3下1101工作面采空区。所处地层为二叠系山西组3下煤层，距3上煤层间距为2.3～7.0 m，平均3.7 m。3下煤层厚度2.53～4.63 m，平均3.8 m，煤层结构简单，煤层可采性指数为1.0，煤厚变异系数γ ≤30%，煤层赋存稳定。煤岩层产状较稳定，煤岩层倾角最小5°，最大20°，平均12°左右。据3上1101、3下1101 工作面采掘地质资料揭露，工作面断层较发育，预计揭露7 条断层，落差大于5.0 m 的断层2 条。

3上1101 工作面回采过断层部分块段进行了割底推采，造成3下1103 材料巷与上覆采空区之间局部顶板岩柱变薄，顶板岩柱厚度1.6～3 m 区段约522 m，掘进过程中存在沿空顶帮垮落的较大风险，尤其在过断层段更为明显，围岩控制不当将严重影响3下1103 材料巷安全掘进及后续使用，甚至影响矿井正常生产接续。

2 沿空安全掘进管控分析

（1）在采空区下掘进破煤岩过程中，选取对巷道围岩震动破坏较小、能较好保持巷道原岩稳定的破煤岩工艺。爆破掘进工艺对巷道围岩震动破坏较大，不能满足施工需求，确定采用综掘掘进工艺。同时，优化切割方法，减小切割时巷道沿空侧围岩承受力，并利用机载前探梁及时对巷道顶板进行临时控制，提高围岩控制效果及操作人员的安全性。

（2）采空区下掘进巷道顶板岩柱厚度不稳定，施工过程中必须及时准确掌握顶板岩柱厚度，提前进行施工层位控制。过断层破碎带掘进时巷道坡度控制不当，将直接影响沿空顶板岩柱厚度，甚至造成顶板管控困难。因此，只有及时超前调整巷道掘进坡度，控制掘进层位，保证沿空顶板岩柱厚度，为控制顶板围岩创造条件。同时，根据不同岩柱厚度采取差异化支护，保障巷道支护安全可靠。

（3）断层破碎带段掘进顶帮围岩管控难度大，直接切割后顶帮折落明显，甚至出现冒顶，处理折冒对掘进安全及效率影响较大。应用注浆加固技术对顶帮围岩破碎带进行超前加固，提高顶帮围岩稳定性，降低断层破碎带对掘进施工影响。

3 破岩工艺及坡度控制

（1）破岩工艺。应用EBZ-230 型综掘机，该机稳定性好，切割平稳，切割过程中对巷道围岩的震动破坏较小，切割效率较高，同时配备机载前探梁，临时支护更加便捷安全。通过采取逐网分层切割工艺，先切割断面下部再切割上部，沿空侧顶帮切割震动破坏明显减小，切割后及时使用机载前探梁进行临时支护，巷道顶板得到及时管控，为安全支护创造条件。

（2）坡度控制。从开门点处后退25 m 按3‰上山进行卧底施工，巷道拐弯进入3下1103 材料巷正巷后，按3‰上山施工，当巷道左帮底板跟上煤层底板后跟底掘进。施工过程中坚持每班探测顶板岩柱厚度，掌握顶板岩柱厚度数据。当过断层破碎带、顶板薄岩柱段时，适实调整巷道坡度，使巷道顶板岩柱厚度普遍保持在3 m 以上。

4 支护方式

当巷道顶板岩柱厚度大于3.5 m 时，采用锚网带索支护（图1）。顶部锚杆均为高强预应力锚杆（左旋、Q500），其规格为Ф22×2600 mm，锚杆排距为900 mm。钢带采用8 mm 厚梯型钢带，间距为900 mm，长度为4200 mm。金属菱形网规格为1000×4600 mm。帮部锚杆为左旋无纵筋全螺纹高强锚杆（Q500），其规格为Ф20×2200 mm，锚杆排距为900 mm。顶部锚索为Ф21.8 mm19 芯不等径钢绞线锚索，锚索托盘规格为：长×宽×厚=300×300×16 mm 的高强锰板托盘。锚索布置方式：锚索与锚杆不布置在同一排，即在第一、二排锚杆之间以巷道中线为基准布置三棵锚索，隔两排锚杆在第三、四排之间以巷道中线为基准布置三棵锚索，以此类推。锚索间排距为1600×1800 mm，锚索设计长度为4300 mm，施工过程中及时探测3上、3下煤层之间层间距，根据层间距大小调整锚索长度，确保锚索锚入岩石不得小于2000 mm。

图1 锚网带索支护图

沿空侧帮部采用高强锚杆+高分子网+金属方格网+钢筋托梁支护，然后对帮部及向巷中以里1000 mm 范围内顶板进行喷浆，喷浆厚度为100 mm，喷射混凝土强度为C20。高分子网宽度为1000 mm，长度为3200 mm。金属方格网宽度为1000 mm，长度根据现场情况确定。帮部锚杆托盘下增加两条钢筋托梁搭接使用，竖向布置，规格均为80×1700 mm。网前后、左右采用钩接方式连接并将钩接处捏紧。

非沿空侧帮部采用高强锚杆+金属菱形网+钢筋托梁支护。金属菱形网规格为1000×3200 mm。帮部锚杆托盘下增加两条钢筋托梁搭接使用，竖向布置，规格均为80×1700mm。顶帮锚杆托盘均为高强托盘，其规格为长×宽×厚=150×150×10 mm。在帮部锚杆托盘与钢筋托梁之间增设一个用旧皮带制作的胶带板，胶带板规格长×宽=200×200 mm。所有网压茬100 mm，搭茬处用直径14#铁丝连接，铁丝间距200 mm。

当巷道顶板岩柱厚度小于3.5 m 或过断层破碎带时，采用上述锚网带索+架棚复合支护，采用梯形可伸缩“U”型棚（图2）。该棚设计采用可伸缩“U”型钢棚腿，对突发压力有一定的缓冲作用，适用于回采巷道断面，以预防顶帮双面沿空掘进巷道压力显现需求。

5 超前加固围岩破碎带

当巷道顶帮围岩破碎及过断层时，采用超前注浆加固技术对顶帮围岩进行加固。注浆材料为凯密安矿用无极加固复合砂浆，注浆孔沿巷道轮廓线布置，间距0.7 m，注浆长度为巷道宽度的1.5～2.0 倍（6～8 m）。当沿空侧岩柱厚度大于3 m 时，注浆孔与巷道迎头方向呈15°夹角，注浆孔眼底向外扩散布置；当沿空岩柱厚度2～3 m 时，沿空侧注浆孔夹角调整至10°。通过超前注浆加固，切割时围岩稳定性增加，为永久支护创造了条件，实现掘进期间巷道围岩安全管控。

图2 梯形可伸缩“U”型棚

6 应用效果

通过沿空3下1103 材料巷掘进实践，3下1103 材料巷变形量小于300 mm，有效降低了顶板薄岩柱、断层破碎带掘进施工顶帮折冒风险，实现了巷道的安全掘进施工，满足了工作面回采需求，保障了矿井采掘接续平衡。通过围岩及岩柱厚度管控，相对减少复合支护架棚175 架，减少用工约530 个，降低支护成本约68.25 万元。