煤矿巷道掘进过陷落柱施工技术研究

2022-12-29刘根民齐德明

凿岩机械气动工具 2022年2期

刘根民，齐德明

（晋能控股煤业集团煤峪口矿，山西大同 037041）

在煤矿掘进过程中，有时会揭露陷落柱型地质构造，增加了煤矿掘进难度，影响煤矿深入开采进度。陷落柱影响区内顶板岩石破碎，裂隙纵横，出水量多，锚杆（索）锚固端岩性不稳定。施工队伍要加大对掘进过陷落柱主要施工技术研究力度，探究出高效的施工技术，以此来保证煤矿掘进工作面正常进行。本文以晋能控股煤业集团煤峪口矿C3-5 号层一盘区2102 系统巷穿越前方X9 陷落柱为背景，探讨巷道陷落柱影响下的顶板加强支护。

1 工程概况

C3-5 号层一盘区2102 系统巷荒断面宽×高为5040×4020 mm，设计施工长度（平距）383 m。本工作面总体呈西高东低趋势，煤层底板标高794-818 m，走向NE34°，倾向NE124°，倾角1～6°，平均3°，属于特厚煤层，煤层稳定性属于较稳定煤层。

巷道掘进至里程49 m 处时迎头岩性发生突变，裂隙纵横交错，锚杆索锚固端岩性松软，锚固效果极差，给巷道顶板安全带来了较大危险。依据地测部对前方地质构造的预测预报，在揭露陷落柱前对巷道前方陷落柱情况进行多维、放射状勘探，探明前方X9 陷落柱产状、出水情况以及影响范围。开口掘进56 米有X9 陷落柱，巷道穿过陷落柱56 m，棒槌状，长轴276 m，短轴57 m，面积15919 m2。在9# 层揭露，充填物杂乱，但密实，不含水，无伴生构造。岩粉、煤粉和各种粘土胶结，胶结性极差，掘进过程中极易出现巷道高顶、片帮等现象。为保证C3-5 号层一盘区2102系统巷能够安全快速通过X9 陷落柱，确定下面的施工方案。

2 施工方案

2.1 锚杆（索）支护施工

巷道原支护形式为锚网联合支护。此巷道锚杆支护，锚杆采用左旋无纵筋螺纹钢锚杆，型号是MSGLW-400/22×2400 mm，间排距900×1000/2000 mm （两排锚杆一排锚索），配合型号为4700×250×3.75 mm 的W 型钢带、型号为130×130×8 mm 的蝶形托盘。锚索SKP17.8-1/1860×6300 mm，间排距1300×3000 mm，配合型号为4400×330×6 mm 的JW 钢带、型号为220×200×12 mm 的异型托盘。角锚索SKP 17.8-1/1860×6300 mm，间排距5000×3000 mm，配合L=600 mm 的11# 工字钢和型号130×130×8 mm 的蝶形托盘。帮锚杆间排距900×1000 mm，配合型号为450×250×3.75 mm 的W 短节钢带、型号130×130×8 mm 的蝶形托盘。顶铺φ6 mm 钢筋网，帮铺8#菱形金属网。

过此X9 陷落柱期间，采用短掘短支，顶板支护间距由原来1 m 缩小到0.5 m，最大控顶距不得大于0.6 m，并对顶帮及时进行支护，尽量缩短顶板暴露时间及减少暴露面积。顶板破碎时，施工“钢针”、锚杆等超前支护，超前维护顶板。掘进队在施工过程中无论顶板煤岩层稳定性好坏，必须采用机载前探临时支护，并配备4-6 根单体液压支柱和液箱作为加强临时前探支护。

锚杆（索）支护流程：锚杆（索）孔钻好后，用风管将钻孔内的残渣吹净，用锚杆将树脂锚固剂顶入钻孔内，用120 型号气动钻将锚杆轻轻推至孔底，再进行旋转搅拌，搅拌时间为30 秒左右，等待180 秒后撤下钻机，再等待15 分钟后安装W 型钢带及托板，并拧紧加强螺母。

锚杆（索）支护要求。锚杆（索）的杆体及配件的材质、品种、规格、强度、承载力等主控项目，都必须符合设计要求，入井前必须经验收员严格验查，对不合格的材料严禁入井使用。井下作业人员施工时必须要求钢带与顶板表面贴紧，锚杆（索）的锚固力、预紧扭矩（预紧力）符合国家标准。确保支护效果稳定，避免出现顶板离层等现象。锚索安装48 小时后，如发现预紧力下降，必须及时重新补打锚索支护，并采取相应的安全技术措施，保证支护效果稳定。金属网必须紧贴顶帮，并用角锚杆及护帮托板贴紧压实，金属网搭接宽度≥200 mm，采用8#铁丝对金属网进行链接，链接方式采用双丝双股，呈三花链接布置。锚杆支护采用φ28 mm 的钻头，采用1 根快速（φ23×300 mm）树脂锚固剂和1 根快速（φ23×600 mm）树脂锚固剂，锚固长度不得小于900 mm。锚索支护采用φ26 mm 的钻头，采用1 根快速（φ23×300 mm）树脂锚固剂和2 根快速（φ23×600 mm）树脂锚固剂，锚固长度不得小于1500 mm。

2.2 架棚支护施工

在支护过程中如需架棚梁支护时，应先控制顶部及两帮，再进行架棚。棚梁间距可缩小到0.5 m,甚至密棚支护。

在锚杆、锚索支护之后，施工作业人员在永久支护的掩护下进行挖棚窝工作，棚窝必须清至硬底,当巷道两帮棚窝清好后，将棚腿立在棚窝中，并将棚腿固定牢固，之后再上棚梁，棚梁与棚梁搭接不小于400 mm，并安装卡缆连接件，卡缆与卡缆间距200 mm，卡缆螺母拧紧力矩不得小于150 N.m。安装好后将棚梁放正，每架棚子上8根拉杆。满铺金属网，用充填材料将棚子与顶、帮刹紧背牢，用水泥背板将帮顶腰实、背严、塞紧，分别在棚腿的上、中、下部位使用撑木。

2.3 注浆支护施工

如果上述施工方法依然难以控制破碎顶板，存在安全隐患时，则采用注浆锚索+水泥注浆加固支护的方法施工。采用规格为φ22×8300 mm的注浆锚索，采用PO42.5 MPa 普通硅酸盐水泥，水灰比为0.6～0.8∶1，注浆钻孔采用中30 金刚石钻头，注浆锚索打设采用3-2 布置，间排距1600×800 mm；遵循由低到高，逐排逐孔的顺序进行注浆。注浆顺序采用先稀浆，后浓浆逐级加浆的原则进行浆液浓度的变换，起到长距离注浆堵水的效果。注浆泵压力控制在2～3 MPa。施工巷道与陷落柱距离约为3 m 时，施工第一排注浆钻孔，钻孔与顶板的夹角为45°向上倾斜打孔[1]。注浆过程中若有浆液渗出，立即停止注浆，此时表明浆液已充分与煤体接触。当第一排注浆孔注浆完毕后，再次对巷道掘进2.5 m 后，施工第二排注浆钻孔，重复循环流程，直到巷道掘进通过陷落柱。

注浆施工流程：

在需要注浆加固的影响段，按照设计打设注浆锚索若干。

搭设稳固的作业平台→标记钻孔位置→架设钻机，调整角度打孔→压气排净残渣→将锚固剂推至孔底→开启钻机，边顶推边搅拌锚索→等待10 分钟后开始涨拉注浆锚索。注浆锚索打设一定数量后开始注浆，打设注浆锚索与开始注浆之间要间隔至少24 h。注浆锚索头连接注浆系统→配置水泥浆→注浆（注浆至终压稳定在4 MPa 或者出现漏浆、跑浆等）→停泵→拆除注浆系统，此时单孔注浆结束。

在注浆施工作业期间，作业人员应随时注意瓦斯的含量。注浆期间，注意观察巷道顶帮压力的变化情况，防止因注浆压力过大而造成顶帮大面积开裂和脱落。

2.4 施工安全措施

严格按照集团公司四个整顿、三个延伸、两个保障、一个要求执行。工作面备4-6 根单体柱和液箱作为临时前探支护，且存放距迎头的距离不得超过20 米，三用阀、液枪、液管、顶梁、液压油必须齐全并有备用。

施工作业前必须对施工现场进行 “四位一体”安全准入检查。作业前，现场进行安全检查，瓦检员必须检查瓦斯浓度，只有在瓦斯浓度小于0.8%，其他人员才准进入作业。瓦斯检查员在接近陷落柱掘进时，检测瓦斯不少于每小时一次。一旦出现瓦斯涌出现象，立即停止作业，撤出人员、切断电源、汇报施工单位及调度室等相关单位，制定专门措施处理。施工中随时对施工现场进行“敲帮问顶”检查，如有零皮，必须先用2 米长撬棍站在安全地点处理零皮，确保安全生产。施工作业时，作业人员必须站在可靠的永久支护下作业，并清理好退路[1]。

在施工过程中必须由专业的钻探队伍进行钻探，严格坚持“有疑必探，先探后掘”的探放水原则。巷道掘进时，掌握施工动态和围岩变化情况，及时验证提供的地质资料。过陷落柱破碎带涌水量异常时，制定专门措施处理[2]。

在施工作业过程中，如若出现两帮压力显著增大、底鼓或产生裂隙、发生涌水、挂红挂汗、空气变冷、产生雾气、水色变混、水发涩有异味等突水预兆现象，应立即查明原因，并向调度室汇报，情况紧急时立即按避灾路线撤出人员[2]。

施工中要经常观察围岩稳定状况的变化，及时掌握陷落柱出露的时间。一旦发现异常要及时处理,防患于未然。要严格执行公司安全生产指令，安排专人现场跟班处置，直至通过特殊区域。对所遇问题矿井无法处置或没有安全保障的，要立即向上一层级主管部门汇报、处置，并执行“提级管控”。

架棚巷道支护设计必须参照《采矿工程设计手册》中的设计方法，根据围岩特征、破碎程度、压力大小、服务年限等科学、合理确定钢棚材质、棚间距、防倒方式、网片规格等基础支护参数。

掘进巷道过特殊区域施工管理规定。施工技术安全组织措施中必须明确循环进度、支护方式、施工工艺、施工工序、矿压监测及支护质量等要求。现场锚索张拉机具、锚杆拉拔机具、锚杆紧固机具、施工机具以及支护质量检测工具等均要做到“一用一备”。锚杆（索）张拉机具必须为“MPa”与“kN”双显表头[1]。