近距离煤层下巷道掘进安全支护技术应用

马海红

（山西新景矿煤业有限责任公司，山西 阳泉 045000）

引言

煤矿巷道现有的支护方法主要是锚网索支护，但在煤层间距小、巷道顶板较薄、围岩较破碎的情况下，锚杆（索）无法锚固到完整稳定的岩层中，不能实现有效锚固并发挥主动支护作用。在锚网索无法实现有效支护后，通常采用工字钢棚、U 型钢棚等被动支护构件，但被动支护构件大多笨重、安装复杂、成本高、棚腿易弯折、维护困难。此外，现有的支护方法仅注重最薄弱顶板的强化支护，没有考虑到巷道帮部、底板支护强度对巷道整体稳定性的影响，巷道支护效果差，当工作面回采时，回采巷道受上部采空区残余支承压力及本工作面采动应力双重影响，巷道常常出现冒顶、底鼓、片帮现象，严重影响矿井正常安全生产。

1 15302 工作面概况

山西新景矿煤业有限责任公司15302 进风巷位于芦北15 号煤采区，工作面标高420～481 m，地面标高920～1 087 m，埋藏深度为515～621 m。巷道设计长度为2 055 m。井下位于芦北15 号煤采区南翼西部，东为本区15031 工作面（未掘），南为芦南15 号煤采区大巷，西为本区15033 工作面（未掘），北为芦北15 号煤采区大巷。工作面上部3 号煤层为7304、7305、7307、71122、71124 工作面（已开采），8 号煤层为8118、8120 工作面（已开采），其他煤层均未开采[1-2]。

15302 进风巷掘进的15 号煤层总厚6.02～8.89 m，平均厚度7.02 m，倾角3°～12°，平均倾角7°。煤层赋存稳定，结构复杂，发育有两层夹石，向南下层夹石增厚，造成煤层分叉，煤层以镜煤、亮煤为主，内生裂隙发育；15 号煤层老顶为12.01 m 的深灰色石灰岩，夹2～3 层黑色泥岩，含腕足类动物化石，裂隙内充填方解石脉，俗称“四节石灰岩”。直接顶为0.33 m 的灰黑色泥岩，不稳定，局部存在，常相变为泥质灰岩。

15302 进风巷采用综合机械化掘进工艺，截止目前巷道已掘进485 m，由于受煤层倾角及地质构造影响，巷道掘进至478 m 处时进入上覆3 号煤层采空区下方薄煤层区，实测平均层间距为4.6 m，薄煤层区掘进长度为47 m，巷道进入薄煤区后由于受煤层影响，巷道顶板锚索支护难度大，顶板支护强度低，出现顶板断裂、破碎现象，严重制约着巷道安全高效掘进[3]。

2 安全支护技术应用

2.1 喷浆施工

在薄煤层区掘进机每掘出1 m 巷道后，对巷道实施锚网喷初步安全支护。首先，贴紧巷道顶板及巷帮铺设10 号冷拔丝金属网；然后安装Φ20 mm×2 000 mm 的高强螺纹钢锚杆，锚杆采用3 支MSCK2360 树脂药卷锚固剂进行全长锚固，并施加预紧力80 kN，锚杆的安装间排距为1 000 mm、1000 mm；最后对巷道全断面喷射C20 混凝土浆液，喷层厚度为50 mm，达到封闭巷道表面裂隙的目的。

2.2 安装组合锚管

当巷道掘进并初步锚网喷支护15 m 后，在巷帮及底板安装组合锚管。组合锚管，由普通的锚索及无缝钢管组合而成。锚索规格Φ17.8 mm×3 600 mm；无缝钢管规格采用Φ48 mm×3 000 mm。组合锚管安装方法为：

1）在巷帮及底板施工深度3 600 mm、Φ28 mm 小孔，再沿着小孔轴向施工深度3 000 mm、Φ50 mm 大孔。其中，大孔是在小孔的结构基础上，径向向外扩展形成的，小孔和大孔优选同轴设置，如下页图1 所示。

图1 15302 进风巷近距离煤层掘进期间支护断面示意图

2）将锚索插入Φ28 mm 的小孔中，并采用一支MSCK2360 树脂药卷锚固剂进行端部锚固；再将无缝钢管插入大孔中，利用快干水泥封堵无缝钢管与大孔孔口之间的缝隙，并在无缝钢管的管口安装止浆塞。

3）通过止浆塞上的注浆孔注水泥浆，注浆压力范围为0.5～2 MPa，初始注浆压力保持在0.5 MPa 并持续注浆1 min，若无漏浆现象注浆压力逐步增加到2 MPa 并持续注浆5 min 左右。

4）注浆后立即安装锚索配套的托盘及锁具，并施加初始预紧力64 kN；当水泥浆液完全凝固后，二次对锚索施加预紧力，使其预紧力达到200 kN。其中，托盘及锁具均为现有技术，其与锚索为配套使用，组合锚管的安装间排距优选为2 000 mm、2 000 mm[4]。

2.3 安装方矩钢管

安装完组合锚管后，在巷帮肩角处安装方矩钢管，方矩钢管口径为300 mm×150 mm、壁厚6 mm；每根方矩钢管的长度4 400 mm、排距为3 000 mm。方矩钢管的安装方法如下：

1）在巷帮肩角处掏水平梁窝，水平梁窝规格为长×宽×深=350 mm×200 mm×400 mm。

2）在方矩钢管内部插入钢筋骨架及胶管，并将方矩钢管安装在巷帮肩角处水平梁窝内，采用快干水泥封闭方矩钢管与水平梁窝之间的空隙。

3）通过胶管向方矩钢管内部注入C20 混凝土浆液，并在方矩钢管与巷道顶板的空隙处插入木板。完成巷道滞后加强支护。

3 支护优点

1）该支护方式适用于在近距离煤层的采用区下方的回采巷道进行安全支护，该支护方法改变了传统上仅注重顶板支护强度的观念，通过同时加强巷道帮部和巷道底板支护的强度，提高了巷道帮部及巷道底板的自身承载能力，最大程度实现了巷道围岩自身及支护构件的协同支护作用，提高了巷道围岩整体的稳定性，可以大大减少近距离煤层采空区下回采巷道冒顶、底鼓、片帮等灾害事故[5]。

2）提出的近距离煤层采空区下回采巷道支护方法中，巷道顶板被动支护方式为方矩管，方矩管重量轻、易于施工、成本低廉；方矩管内置入钢筋骨架及注入混凝土后，形成类似钢筋混凝土梁结构，承重性能好，能够满足顶板被动支护的刚性要求[6]。

3）提出近距离煤层采空区下回采巷道的支护方法分为巷道每掘进1 m 后实施初步锚网喷安全支护、每滞后掘进头15 m 后实施加强支护的两个支护阶段，可以保证在初步安全支护的前提下进行滞后加强支护，不影响掘进作业，从而实现二者平行作业，相对缩短支护时间，大大提高了巷道掘进速度，实用性强[7]。

4 结语

2021 年3 月14 日15302 进风巷已掘进至530 m处，巷道已完全过薄煤层区，巷道在近距离煤层掘进期间对顶板采取联合支护技术后，巷道在后期掘进过程中未发生因层间距小发生顶板破碎、断裂现象，保证了巷道近距离煤层巷道安全快速掘进，为其他类似条件下巷道掘进提供了实践支护依据，取得了显著应用成效。