极近距离煤层采空区下切巷施工工艺技术研究与应用

徐 亮

（大同煤矿集团云岗矿，山西 大同037017）

0 引 言

在煤炭开采过程中，为了减小切巷作业对巷道顶板产生的影响，需要对原有的工作面进行切巷扩帮支护。云冈矿81001 巷位于410 盘区12-2＃层，北部为21001 巷和51001 巷，西部为正在开采的81003 工作面，东部为410-1 轨、皮、回三条盘区巷道，南部区域未开拓。在扩帮过程中，由于巷道两帮跨度过大、顶板长时间处于暴露状态，使用传统的一次扩巷技术在扩帮时很难保证顶板的稳定性不受影响，而且传统的扩帮技术也给巷道通风和运输带来安全影响，造成设备安装困难[1]，因此，研究81001 巷道的施工技术，切实解决近距离煤层采空区下切巷施工中存在的问题，提高矿井煤炭资源的回收率。

1 矿井概况

81001 切巷位于12-2#层410 盘区，设计长132m，规格为6.2m×2.8m，掘进方向是从东北向西南方向，以265°10′的方位角向前掘进，切巷的煤层厚度为2.5～3.2m，平均厚度为2.8m，局部含0.1～0.5m的夹石；直接顶为煤层厚度1.0m 的灰色粉细砂岩；直接底为煤层厚度0.7m 的深灰色粉砂岩。工作面上覆3#层、8#层、12#层。12-2#煤层距离3#煤层的平均间距为128m，距离8#煤层的平均间距为74m，12-2#层81001 工作面为极近距离煤层工作面，与上覆12#煤层层间距为1.8～2.3m，且81001 切巷恰好位于上覆81035 采空区下方，层间距仅2.0m 左右。其顶底板岩性见表1。

2 施工技术分析

2.1 小循环扩帮技术

在对巷道进行扩帮时，一般采用小循环的方式[2]，每扩帮1m，便用锚杆和钢带组合支护一次，然后再用采煤机和输送机进行扩帮作业，这种扩帮技术所使用的支护材料成本比较低，受开采的影响，在煤层间距较小时，岩层出现局部破碎，锚杆锚固力不能将岩层组合在一起，因而支护作用受到限制，安全系数大大降低，不能保证巷道顶板的稳定性。

表1 顶底板岩性

2.2 注浆加固技术

通常采用注浆加固、掘进、安装的技术对采空区下切巷进行扩帮，先用水泥和水玻璃浆混合，对大孔隙进行注浆加固，增加围岩的强度，然后进行化学注浆[3]，将小孔隙进行填充，以提高围岩的黏性，在扩帮后进行锚索加固，以增强顶板的强度，但是整体支护费用和注浆费用较高，工期也较长，在实际中不便进行推广。

2.3 机掘正巷及扩帮技术

针对81001 工作面煤层特点，对切巷小断面进行机掘贯通，然后正巷扩帮，同时采用锚杆+锚索+四腿双梁钢棚/双腿单梁棚+金属片网联合支护方式进行施工，在对巷道施工过程中，确保支架和输送机的正确连接，使支架安装位置精确，保证顶板的稳定性，提高施工效率，解决切巷扩帮中支架难以安装的难题，保障扩帮方案安全高效地实施。

通过对以上3 种方案的对比，确定采用机掘正巷及扩帮技术对81001 切巷进行施工。

3 施工工艺技术

3.1 炮掘30m 机窝施工工艺

由于切巷煤层之间的间距较小，为了将爆破对顶板产生的影响降到最低，采用掘进机对巷道进行施工，在施工前，要先对掘进机施工机窝，本次以切巷南帮作为基准断面，对机窝炮掘30m。

3.2 小断面机掘贯通施工工艺

在对机窝炮掘完成后，采用EBZ-230 掘进机进行割煤，采用胶带运输机进行运煤，对顶部的锚杆和锚索采用MQT 型风动钻机进行打孔装配，沿煤层顶板向前掘进，掘进过程中，严格控制巷道的高度，避免巷道过高或过低[4]。具体掘进施工工艺如图1 所示，巷道断面宽度为4.2m，每排支护4 根螺纹钢锚杆，排间距小于700mm×900mm，使用120mm×120mm 小垫和螺帽拧紧锚杆，确保锚杆露在外面的长度在10～50mm 之间，锚孔的深度为1 710mm，每根锚杆至少使用2 根树脂，尽量实现全长锚固，要求锚杆的预紧力为200N·m，锚固力大于110kN。

图1 掘进施工工艺

3.3 大断面机窝炮掘扩帮施工工艺

在对小断面切巷贯通后，采用机掘机组进行正巷扩帮施工，对机窝段进行炮掘，将机窝段的四腿双粱棚改为全断面的四腿双粱棚，以确保机窝处皮带头的正常运行。

3.4 大断面正巷机掘扩帮施工工艺

在机窝段施工完成后，掘进机组处于正常运行，采用机掘机组进行正巷扩帮施工。由于全断面的四腿双梁棚较长，而巷道内的运输机等设备比较多，无法在巷道内施工，因此将小断面四腿双梁棚与双腿单梁棚相结合，采用相互交错的布置方式，将已掘进巷道的钢带与四眼钢带搭接起来，配合螺纹钢锚杆及钢筋片网对顶板进行联合支护，将已掘进巷道的四腿双梁钢棚和单腿单梁钢棚相互交错，使整个钢棚呈梯形结构，对巷道的顶板进行双重支护。扩帮施工具体工艺如图2 所示。

图2 扩帮施工具体工艺

4 应用分析

将机掘正巷及扩帮技术在12-2#层410 盘区81001 工作面进行现场应用，成功圈定了面长132m，走向长465m 的工作面，开采煤炭资源约16.5 万t，如果每吨煤按100 元的收益来计算，则该工作面约收益1 650 万元，巷道掘进等花费的成本约138 万元，共计收益1512 万元，为极近距离采空区掘进切巷扩帮提供了参考。

5 结 论

为减小切巷施工作业对巷道顶板产生的影响，保证扩帮期间顶板的稳定性，以云冈矿12-2#层410 盘区81001 巷采空区下切巷扩帮为研究对象，提出一种机掘正巷及扩帮施工技术，结果如下：

1）利用机掘正巷及扩帮技术，通过打浅眼、少装药、放小炮爆破技术顺利施工掘进机窝，避免了炮掘时对巷道顶板产生的影响，解决了极近距离采空区下切巷支架安装困难的难题。

2）利用锚杆+锚索+四腿双梁钢棚/双腿单梁棚+钢筋片网联合支护方式，为掘进机和支架等设备提供了作业空间，将小断面四腿双梁棚与双腿单梁棚相结合，采用相互交错的布置方式，实现短掘进短支护，避免因全断面四腿双梁棚梁长过长而难以支护的问题，保证了支护效果，减少了顶板暴露时间，提高了顶板的稳定性。

3）机掘正巷及扩帮技术在81001 工作面施工中取得了良好的应用效果，为极近距离煤层采空区掘进切巷扩帮提供了借鉴。