掘进工作面过老巷及断层期间安全技术研究

2022-10-18席敦刚贾秀春闫春来

煤矿现代化 2022年5期

席敦刚，贾秀春，闫春来

（山东省兖州市大统矿业有限公司，山东兖州 273155）

1 概述

山东省兖州市大统矿业有限公司杨庄煤矿现在主采3煤，3煤层1997-2005年进行开采，由于受当时设备和技术的限制，仅回采一分层2.2 m，遗留大量残煤，且大规模范围内顶板破碎。为了有效缓解资源枯竭带来的难题，决定对九采区剩余煤炭资源进行复采。

93091轨道顺槽开门口往里约341 m、从停掘位置按大于煤层线角度2°～5°下山施工至揭露9309下顺槽末段，按照底煤不大于0.5 m留底掘进，直至揭露F63断层。F63断层位于开门口往里432 m，为正断层，落差为10 m，倾角45°，如图1所示。

图1 93091轨道顺槽预测平面图

掘进工作面过老巷及断层期间存在顶板管理困难、通防及水文地质情况不明等难题，通过加强顶板管理、超前钻探等措施有效的保证了掘进工作面过老巷及断层期间的安全生产。

2 掘进工作面过老巷及断层期间安全技术研究

2.1 掘进工作面过老巷顶板安全技术管理

1）93091轨道顺槽施工期间，通过9309下顺槽前、后10 m范围加强支护，顶部锚杆采用螺纹钢φ16 mm×2 000 mm，锚杆间排距为700 mm×700 mm，误差±100 mm。帮部锚杆采用φ16 mm×1 500 mm螺纹钢，锚杆间距700 mm，误差±100 mm。锚杆锚固力、锚固长度、锚杆的预紧力矩及帮部锚杆排距同主巷道。巷中打设一排锚索，右帮煤柱小于0.5 m时，在右帮靠近肩窝增加一排锚索，通过老巷后肩窝处锚索不再打设，锚索间距每3排锚杆打设1根，锚索距迎头的距离不得超过6 m，顶板破碎严重时紧跟迎头。

2）若两帮及顶板煤体较软、片帮严重时，帮部锚杆使用2.0 m长锚杆，顶帮采用规格15 cm×15 cm（±10 mm）托盘或钢筋梯子；帮部最下面一排锚杆滞后迎头距离不大于1个锚杆间排距。

3）掘进过程中如顶板完整性较差时，需对巷道加强支护。顶板重皮、破碎、有软弱层时，顶板打设双排锚索，锚索排距1.5 m，从巷中向两侧对称布置（误差±100 mm），锚索间距每3排锚杆打设1根，锚索距迎头的距离不得超过6 m，顶板破碎严重时紧跟迎头。顶部使用锚杆+钢带或锚杆+钢筋梯子加强支护。加强支护延伸至正常区段不小于3 m。

4）93091轨道顺槽揭露9309下顺槽后，右侧帮部（9309下顺槽顶板）出现小面积悬空时，为防止右侧帮部冒落，沿右侧帮部悬空边缘，使用左旋无纵筋全螺纹钢Ф16 mm×1 500 mm斜向上方向打设一排锚杆。

5）现93091轨道顺槽接近9309下顺槽揭露位置，掘进期间两巷道之间煤柱逐渐变窄，打设锚杆时根据煤柱实际厚度选择相应长度短锚杆进行支护，当锚杆长度小于1 000 mm时，对锚杆全长锚固。锚杆预紧力矩能达到60 kN·m时必须达到60 kN·m，其他情况，以上紧锚杆托盘为准。也可使用长度合适的对拉锚杆支护煤柱。煤柱小于0.5 m无法打设锚杆时，需在二运后靠帮支设带帽点柱，柱距1m±0.2 m。初撑力不低于7 MPa。

2.2 掘进工作面过老巷通防安全技术管理

1）揭露老巷施工必须执行先探后掘制度。按要求打设探眼，边探边掘，探孔不用时使用黄泥封堵严实。因小夹角揭露，探眼在迎头垂直巷帮打设。

2）探眼打透老巷后，由瓦检员检测老巷内的气体情况，检测指标主要包括：CH4、CO2、O2、CO。因低氧高氮环境会使光瓦检测数据产生偏差，如老巷内O2浓度低于18%时，CH4数据以便携仪检测为准，在确认老巷内甲烷浓度不超过1%时方可继续施工，如甲烷浓度超过1%，则另行制定措施揭露老巷。

3）93091轨道顺槽施工至距揭露老巷小于0.5m煤柱（帮部探眼为准）时停止掘进，先揭露老巷再向前掘进。为防止贯透老巷后大量低氧高氮气体突然涌出，严禁一次性大面积贯透老巷，必须采取先施工小孔洞，然后逐渐扩刷的方式贯透老巷。

4）揭露老巷后，利用检定杖长胶管检测老巷内的气体情况，如甲烷浓度不超1%时，接短节甩到老巷内排放老巷内气体，施工时将风筒对错连接，控制送如风量，要利用便携仪随时检测迎头及回风流的气体情况，有害气体超《规程》规定或氧气浓度低于18 %时，必须减小送风量。当检测老巷内回风流中各种气体浓度符合规定，且稳定30 min无变化，方可撤出风筒，恢复正常掘进。

5）老巷完全揭露后，在揭露点以外5～6 m处打设全封闭金属网栅栏，并揭示警标严禁入内，悬挂瓦斯检查牌板，现场瓦检员每班至少检测一次栅栏处的气体情况。如揭露点以外巷道失修，必须先维修加固巷道，维修巷道距离要根据揭露点小三角情况，以小三角煤柱能保留住为准，向外维修不得小于6 m，以便下一步封闭。

6）如揭露点以外巷道基本完好能够维修时，巷道维修完毕下一步施工永久密闭封闭盲巷。

7）如揭露点以外巷道片帽严重不能维修时，在揭露点施工隔离墙挂网喷浆封闭。隔离墙采用袋装碎煤或碎矸码放而成，厚度不得低于1.5 m，两侧挂金属网并与帮顶固定，两帮及顶板固定点均不得少于3处，防止隔离墙歪倒。喷浆范围：隔离墙及以外的巷道帮顶，轨道顺槽内小三角及以外5 m范围内的巷帮、巷顶1.5 m全部喷浆，喷浆厚度必须覆盖金属网。

2.3 掘进工作面过老巷防治水安全技术管理

由于巷道前方为未开采区域，地质资料不详，预掘范围内仍可能发育其它地质构造，揭露9309下顺槽老巷末段前需加强积水及有害气体监测，在迎头及右帮每6 m施工一组探眼。迎脸探眼布置在巷中顶板下2.0 m位置，长度7 m；右帮探眼布置在右肩窝顶板下2.0 m位置，与右帮夹角约20°，长度7 m（可根据现场实际适当调整），探眼顺向下扎布置。93091轨道顺槽通过老巷后，右侧肩窝侧钻孔不再施工。超前探孔施工要求改变时，以地测科通知为准。探放水前必须保证排水泵（风泵或电泵）完好，若探孔与老巷贯透后无水流出，施工完毕探孔后及时使用黄泥封堵探孔。钻探期间，由瓦检员每班巡检，检测现场气体变化情况，如有异常，及时汇报。

2.4 掘进工作面过老巷维修安全管理

1）维修前对老巷支护情况进行检查，并对贯通点老巷底板进行清理。维修时按由外向里、由巷中往两侧的顺序进行。安排1名有经验的人员专门负责观察顶板，检查巷道的支护情况，并携带长把工具，严格执行敲帮问顶制度，发现不安全情况及时处理。

2）对顶帮坠网较严重的，先解开网子放掉坠煤；一次性解开网子放煤的面积不要太大，一般不要超过1个锚杆的间排距，够一排锚杆及时打一排锚杆挂网。剪除坠网和锈蚀的金属网后必须认真敲帮问顶后，确认安全后，再进行锚网支护。

3）维修时先将顶帮坠网严重的煤找掉，确实找不掉的可不再找，防止找顶、找帮后漏顶及片帮范围扩大。对坠网比较明显或因放掉碎煤后造成原锚杆支护失效的部位重新锚网，上紧托盘，贴紧煤岩面，金属网必须张紧，原支护锚杆影响施工时及时处理或锯掉。

4）维修时支设好带帽点柱临时支护，点柱初撑力不小于4 MPa，柱帽应顺向布置，以不影响打设锚杆为准，单体支柱之间距离0.8～1.2 m。带帽点柱的柱帽规格：长度不小于0.6 m；宽、厚不小于0.1 m。若顶板破碎等冒落超高呈不规则形状，不便于按上述要求打设带帽点柱时，带帽点柱的间距、角度等应根据现场实际条件打设，临时支护必须达到支护有效。单体支柱做临时支护时柱子距离最前排锚杆不超过1排锚杆间排距，柱帽最前端距离迎头距离不得超过1个锚杆间排距。

5）迎头打设单体支柱前先敲帮问顶处理掉顶部及两帮的危岩悬矸（煤），为减小空顶时间利用水压先从巷道的一侧支设单棵支柱，然后再逐步打设另一侧；打设完一排后再打设下一排，根据现场处理矸（煤）的距离逐步往前挪移。

6）维修时顶部（或拱基线上）和帮部锚杆选用φ16 mm×1 500 mm的左旋无纵筋螺纹锚杆；维修时在老巷顶部约中间位置打设1根锚杆，然后向两侧打设其他锚杆，锚杆间排距900 mm×900 mm，误差±100 mm，最下一排锚杆距底板不超1个锚杆间排距（以实际底板为准）。打设锚杆时与原锚杆尽量错开，具体位置可根据现场实际情况适当调整；顶、帮部锚固长度均不少于700 mm，锚杆外露长度10～50 mm，锚固力60 kN；预紧力矩煤层内不小于60 N·m，岩层内不小于120 N·m。

7）维修挂网采用10号铁丝加工菱形金属编织网。金属编织网规格为：长×宽=2 000×1 000 mm，网格为：长×宽=70 mm×70 mm，正常情况下编织网之间连接方式采用直接对接，对接时可利用边缘的铁丝端头相互扭结进行连接。

2.5 掘进工作面过断层安全技术管理

1）受断层影响提前约10 m位置，有煤体破碎或松软现象时即开始加强支护，通过后加强支护延至正常区段不少于10 m，F63断层水文地质条件不明，93091轨道顺槽施工期间施工坡度可根据现场底煤厚度、煤层倾角及探测实际情况调整，穿过断层后再逐步沿顶施工。

2）93091轨顺过F63断层受断层影响，提前15 m开始加强支护，通过后加强支护延至正常区段不少于15 m。顶、帮部锚杆加密，顶部锚杆采用左旋无纵筋全螺纹钢φ16 mm×2 000 mm，锚杆间排距为700 mm×700 mm，误差±100 mm。帮部锚杆采用左旋无纵筋全螺纹钢φ16 mm×1 500 mm，锚杆间距为700 mm，误差±100 mm。锚杆锚固力、锚固长度、锚杆的预紧力矩及帮部锚杆排距同主巷道，巷中打设双排锚索，锚索排距1.5 m，从巷中向两侧对称布置（误差±100 mm），锚索间距每3排锚杆打设1根，锚索距迎头的距离不得超过6 m，顶板破碎严重时紧跟迎头。

3）若两帮及顶板煤体较软、片帮严重时，帮部使用2.0 m长锚杆，顶帮采用规格15 cm×15 cm（±10 mm）托盘或使用锚杆+钢带或锚杆+钢筋梯子加强支护；帮部最下面一排锚杆滞后迎头距离不大于1个锚杆间排距。锚索紧跟迎头。

4）如顶板较硬，破岩困难时，可将岩层面锚网支护，后退综掘机卧底下扎吃底掘进，减小吃顶厚度。卧底段巷高以卧底后实际为准。局部巷道高度较高时顺平底板圆滑过渡即可。卧底后可在综掘机二运后对裸帮超高段补打锚杆，卧底补打锚杆区域裸帮高度不超过一排锚杆间排距。

5）93091轨道顺槽过F63断层期间，过断层前后15 m必须采取锚网后套棚的方式加强支护，套棚时棚梁及棚腿采用12号工字钢，断面为距形，棚梁长为约3.9 m，棚腿长约3.5 m。顶部背板5～6块；帮部背板4块，上面的背板（以背板上边沿为准）距棚梁下平面400～600 mm；下面第二块（以背板上边沿为准）距上面一块（以背板下边沿为准）800～1 000 mm；下面第三块（以背板上边沿为准）距上面一块（以背板下边沿为准）800～1000 mm；下面第四块（以背板上边沿为准）距上面一块（以背板下边沿为准）800～1 000 mm。棚间距700 mm（中-中），误差±100 mm。为了确保钢棚的稳定性，采用左旋无纵肋螺纹钢φ16 mm的锚杆配合夹板固定，锚杆长度为1 500 mm，锚固长度不少于700 mm，锚杆外露长度以满足固定要求为准。每个棚腿使用2组专用夹板，位于棚腿的中上部和中下部，并使用木料接实。架棚时，先固定棚腿，然后上棚梁，上梁时人员注意手脚。

6）套棚时，先正常锚网支护，然后架设工字钢棚（钢棚可根据锚网支护情况在综掘机后架设或跟迎头锚网架设）。如顶帮煤体破碎严重，锚网支护不可靠时，需先架棚支护后，再在两钢棚之间打设顶部及帮部锚杆。

7）所架棚子必须做到梁平、且与巷道中心线垂直并有与巷道坡度相适应的迎山角，一般每6°～8°迎山1°，以保证棚子支护有力；棚腿与棚腿间必须使用拉杆，每架棚安设6根拉杆，在棚腿两侧安设4根，一侧2根，顶梁两侧分别安设1根，拉杆必须达到牢固可靠，同一位置的拉杆必须打成一条直线（变坡点或巷道底板起伏较大时除外），拉杆可使用卡爪固定；棚梁端头必须用木刹与两帮刹实，梁与顶、腿与帮间用木刹、背板背实。