综采工作面快速过老巷联合支护技术应用

武炎龙

（山西新村煤业有限公司，山西 长治 046000）

老矿井或资源整合矿井由于建井初期设计存在问题，经常在回采区域遗留老巷或遇到老窑老巷，由于老巷原有稳定的围岩结构已经被破坏，在工作面回采期间叠加超前应力经常会出现片帮冒顶、应力集中的情况，给工作面支架安全和回采效率带来较大影响[1]。然而，由于老巷的布局、支护方式、用途和废弃时间等各不相同，给老巷处理带来较大的困难。特别是现在的综采设备体积庞大、系统复杂，对地质条件和生产条件要求较高，回采过程中一旦由于超前支承应力叠加老巷破碎带，发生大范围的冒顶或后期应力集中导致支架压死，会对综采工作面产生严重的影响，如果不加以处理，甚至会造成工作面无法正常通过老巷区域[2]。

利用化学材料对老巷顶板进行注浆加固或利用塑性材料对老巷进行填充是常用的过老巷处理方法[3]，主要针对老巷顶板岩层变形较严重，存在垮冒风险的情况。基于此，以山西新村煤业有限公司15111 综采工作面过废弃老巷为例，根据老巷的实际地质条件，提出利用补强支护和高分子材料注浆加固方法对老巷进行治理。

1 工程概况

新村煤业151 采区15111 工作面所处水平为+1090 m 水平，工作面标高为+1 058～+1 098 m，走向平均长度1 029 m，倾斜长度160.5～150 m，面积157 437 m2。工作面北为西胶带巷，南为井田边界，西为153 采区，东部为15109 工作面采空区。工作面采用U 形通风方式。开采煤层属于石炭系上统太原组的15#煤层，煤层平均厚度2.92 m，倾角4°，煤层局部夹0～2 层夹矸，结构简单，煤厚变异较小，全区可采，赋存稳定。工作面采用综采一次采全高回采工艺，全部垮落法管理顶板。

15111 工作面存在老巷，为原151 采区变电所，该巷道贯穿15111 工作面进、回风顺槽，全风压通风，巷道净宽4.3 m，净高2.6 m，采用锚喷支护，巷道长度165 m，体积1 844.3 m3，平均坡度3°28′06″，与15111 回风顺槽斜交布置，夹角104°47′24″，巷道标高为+1 058～+1 068 m（进风顺槽口侧高、回风顺槽口侧低），15111 工作面老巷41 m 处右侧平行10 m 为原飞马煤矿废弃井筒，井筒净直径3 m，料石砌碹，采用黄土、矸石进行回填夯实，和部分与井筒连接为原井底车场及大巷，旧巷由于年久失修，局部存在顶板裂隙甚至冒顶的情况。15111 工作面老巷位置如图1 所示。

为防止在工作面推进至该老巷时顶板大面积冒落，造成工作面前后采空支架出现压死现象，在15111 工作面推进至该老巷前需对15111 工作面老巷进行治理，保证15111 工作面在推进过程中综采支架有效接顶，确保回采安全。

2 废弃老巷联合支护方案

据回采期间观察，15111 工作面矿压显现不明显，且超前支承应力不显著，为老巷改造提供了有利条件。在支护方案选择上，若采用墩柱式支护或高水材料填充能够达到加固要求，但存在成本高、工期长等问题[4-5]。所以，按照老巷顶板破坏程度将老巷划分为裂隙发育段和垮冒段，并分别对其进行锚网索支护和高分子注浆加固支护。

2.1 锚网索支护

本次锚网索支护中，锚杆材质为螺纹钢φ18 mm×2 200 mm，设计间排距为800 mm×800 mm，端头采用锚固剂3 根，锚杆预紧力不低于100 kN；锚索采用钢绞线锚索，φ15.4 mm×5 000 mm，设计在老巷顶板正中位置，间距2 000 mm，端头选择4支锚固剂；钢筋网间距为100 mm，钢筋直径为6 mm，两张钢筋网压茬200 mm，采用铁丝牢固连接，如图2 所示。

2.2 高分子注浆加固

本次选择的注浆加固材料是马丽散，其具有反应快、膨胀率高、裂隙填充效果好等特点。注浆现场配备气动注浆泵和混合枪一套。马丽散流动性较好，在注入老巷顶板后可以在高压作用下沿裂隙运移，并将破碎岩体粘合在一起，其本身具有膨胀性能，在无水状态下膨胀率2～4 倍，遇水状态下膨胀率可超过20 倍，从而使围岩形成一个整体结构，提高围岩的稳定性，使其抗压强度可提高至30 MPa 以上。

3 工作面过老巷技术方案

15111 工作面过老巷加强支护工期设计为5 天，要求其能够在工作面回采至老巷前施工结束，同时保证高分子材料有足够的凝固时间和凝固强度。

3.1 施工准备

（1）打开老巷。在工作面回采至老巷前100 m时，将老巷启封。启封前后按照要求对老巷内的积水和有害气体进行排除，并对风量进行调节，保证具备注浆加固的施工条件。

（2）施工材料准备。老巷打开并具备施工条件后，连接好风水管路、压风等设施，在老巷口的上风侧放置注浆材料和其他施工材料，安装注浆泵，并连接高压软管，为后续注浆加固做好准备工作。

3.2 锚网索支护

老巷顶板和两帮破坏程度较低，围岩具有基本完整性的部分可采用锚网索支护，支护工作由外向里依次进行。支护时要做好敲帮问顶工作，及时打掉活矸。锚网索支护前要做好超前临时支护，顶板采用前探梁木板支护，帮部采用π 型梁和单体柱支护。根据对老巷现场情况的勘察，本次锚网索支护长度约为120 m。

3.3 老巷顶板注浆加固

老巷顶板破坏较严重，存在冒顶以及裂隙发育的地段仅靠锚网索支护无法达到预期效果，需要对其顶板进行注浆加固。在进行注浆加固前首先加强附近临时支护，必要时对巷道进行预喷浆处理，以减少漏浆量。顶板注浆加固流程为：注浆孔设计、施工、固定注浆枪并注浆、浆液凝固、依次施工其他钻孔、清洗注浆设备设施。注浆之前要对设备进行检查，确保各部分能够正常运行。注浆管路结构如图3 所示。

图3 注浆管路结构

本次注浆加固钻孔直径为42 mm，根据对现场顶板裂隙发育和垮落情况进行分析，在裂隙较发育段，设计钻孔施工位置距离裂隙区3 m，终孔间距2 m，主要通过注浆对岩层进行加固，形成整体结构，施工方向与巷道方位一致。在顶板垮落区域，设计钻孔距离垮落区2 m，终孔间距1 m，主要时对垮落形成的空间进行有效填充，施工方向为扇形布置。根据现场施工情况可以对施工设计进行调整，以降低注浆成本和提高注浆效率。老巷治理钻孔设计如图4 所示。

图4 老巷治理钻孔设计

顶板裂隙加固钻孔施工当压力上升至5 MPa时即可停止注浆。间隔1 小时可继续进行充填钻孔施工。在施工期间要注意观察现场注浆压力、流量和顶板漏浆情况，随时调整压力，确保注浆材料最大限度进入破碎岩体内部，提高固结效果。注浆加固结束后，对部分区域再进行锚网索支护，提高支护效果。

4 效果分析

在对15111 工作面内不同破坏程度的老巷采取有针对性的注浆加固、填充和锚网索支护后，在老巷内以50 m 为间距设置了4 组顶板压力观测站，并每天对顶板来压数据进行观测，老巷顶板最大离层值为152 mm，变形量可控。实践证明，在对老巷进行加固后，老巷围岩的稳定性明显提升，在工作面超前支承应力作用下，顶板围岩没有出现大规模破坏，工作面以正常速度顺利通过老巷，过巷期间未出现大面积冒顶和应力集中现象。

5 结语

15111 工作面内部存在废弃多年的老巷，原支护存在部分失效的情况，老巷顶板局部破碎、垮落，影响工作面回采安全。对老巷顶板的破坏程度进行分析后，将老巷顶板划分为裂隙发育区和垮落区，并有针对性地采取锚网索支护、高分子材料注浆加固支护方案。通过加强支护，使老巷顶板破碎围岩固结，并提高围岩的稳定性和整体性。在工作面回采通过老巷过程中未发生大面积来压和片帮冒顶现象，确保了工作面回采安全。该方案用时较短、施工简单、成本较低，可在相同条件下进行推广。