近采空区预留小煤柱巷道掘进支护的实践

陈吉

（山西宏宇诚铸建设工程有限公司，山西 朔州 038300）

1 工程概述

塔山煤矿2204-2顺槽位于井田的东南部、二盘区的东北部，东邻8202采空区，西南为8204采空区，西北部为F13810断层，东南部为二盘区回风巷，见图1。2204-2顺槽用于8204-2工作面运输，巷道设计长度为1482 m，巷道断面规格为宽×高=5.5 m×3.8 m。2204-2顺槽由塔山矿建项目部采用综合机械化掘进工艺，从二盘区辅运巷开口沿3#～5#煤层底板掘进，截至目前巷道已掘进920 m。

图1 二盘区2204-2顺槽巷道布置片面图

2204-2顺槽顶板往上1.5 m范围内为炭质泥岩，1.5～15 m范围内为煤层。巷道掘进时与8202采空区预留煤柱宽度为20 m。由于2202巷在500 m及1100 m处施工两个硐室，硐室B（移变硐室）和硐室C（调车硐室），两硐室深度为5 m，当2204-2顺槽施工至500 m及1100 m处时保护煤柱宽度仅为15 m。

根据本盘区相邻巷道矿压资料数据分析，受邻近采空区压力及采动应力的影响，2204-2顺槽掘进至500 m及1100 m处时将出现顶板破碎、巷帮片帮等压力显现，该区域为增压区，增压区影响巷道掘进长度为20 m。为了确保施工巷道安全顺利过增压区，确保巷道支护效果，塔山矿建项目部分析了巷道初步支护设计存在的问题，在1100 m处过增压区提出了施工“L”型钢棚+注浆的联合支护技术。

2 巷道初步支护设计及过增压区存在难题

2.1 巷道初步支护设计

2204-2顺槽初步支护设计中顶板采用锚杆、锚索、钢带联合支护形式，巷帮采用单锚杆支护。

（1）施工巷道顶板支护。顶板锚杆采用长度为2.0 m，直径为20 mm左旋无纵筋螺纹钢锚杆，每排施工6根锚杆，锚杆间排距为：1000 mm×1000 mm，每排锚杆配套一根长度为5.2 m，宽度为0.15 m钢带；顶板锚索采用长度为5.3 m，直径为17.8 mm预应力钢绞线，每排施工3根，锚索间排距：1800 mm×3000 mm，锚索下方采用规格为长×宽=300 mm×300 mm钢方垫与顶板进行预紧。

（2）施工巷道护帮支护。护帮锚杆采用长度为1.8 m，直径为18 mm反麻花式锚杆，共施工三排护帮锚杆，锚杆间排距为：1000 mm×1000 mm，第一排锚杆距顶板距离为600 mm，锚杆施工完后在其外露端安装一块规格为长×宽=450 mm×250 mm小钢带，小钢带垂直巷帮布置。

2.2 初步支护设计在过增压区中存在的问题

（1）受采空区压力及采动应力的影响，2204-2顺槽在掘进过程中顶板压力相对较大，巷道开挖后巷道两帮煤柱形成支撑压力，当巷道掘进至增压区时靠近采空区侧煤柱宽度变小且顶板压力加大，煤柱支撑作用变弱，随着时间的推移煤柱会出破碎、垮落现象，仅采用单锚杆支护不能满足支护要求。

（2）施工巷道顶板岩石层厚度为1.7 m，巷道掘进煤层为石炭系煤层，煤层发育不稳定，在外力作用下巷道顶板岩石层与上覆煤层出现离层现象，最大离层量达120 mm，而初步支护设计中顶板锚杆采用长度为2.0 m左旋无纵筋螺纹钢锚杆，锚杆锚固端位于离层区域，顶板锚杆在增压区内出现锚固失效现象，支护效果差。

（3）受采空区压力影响，巷道掘进至增压区顶板出现大面积破碎现象，特别是在采空区侧煤柱与顶板之间的三角煤柱破碎严重，局部地段出现冒落现象，而初步支护设计中该三角煤柱未采取任何支护措施，不仅不能确保巷道支护效果，而且严重威胁着巷道施工安全。

3 过增压区支护措施研究

为了保证巷道过增压区施工安全，提高增压区巷道顶板及巷帮稳定性，塔山矿建项目部通过技术研究，决定采用施工密集锚索+注浆+架设“L”型工字钢棚等联合支护技术对巷道进行维护。

3.1 顶板支护措施

（1）当巷道掘进至增压区内时顶板采用密集锚索、“JW”型钢带联合支护。顶板每排施工6根锚索，锚索间排距为1.0 m，锚索长度为3.5 m，直径为21.6 mm，每根锚索采用两根锚固剂进行锚固，分别为MSK23/60和MSKC23/35型。

（2）顶板“JW”型钢带长度为5.3 m，宽度为0.48 mm，钢带排距为1.0 mm，钢带与密集锚索配套使用。

（3）顶板单锚索采用长度为8.3 mm，直径为21.6mm预应力钢绞线，锚索下端采用长度为0.8mm工字钢梁以及锁具进行预紧，钢梁垂直巷道布置。单锚索间排距为2.0 m×2.0 m，见图2。

3.2 三角煤柱支护措施

（1）注浆。为提高三角煤柱煤岩体胶结稳定性，施工巷道掘进至增压区内对三角煤柱注射粘接材料，粘接材料主要以马丽散与催化剂1:1混合而成。首先在三角煤柱处施工注浆钻孔，钻孔深度为5.0 m，钻孔间距为3.0 m，钻孔施工完后采用高压注浆泵对其注射马丽散粘接材料，粘接材料注射2.5 h后方可继续掘进。

（2）施工角锚杆。在巷帮与顶板夹角处施工一根角锚杆，角锚杆长度为2.5 m，角锚杆间距为1.0 m，相邻3根角锚杆外露端采用“L”型角钢进行连接固定，角钢长度为2.5 m，角钢两边宽度为0.3 m。

图2 二盘区2204-2顺槽过增压区支护断面

3.3 采空区侧巷帮支护措施

（1）施工帮锚索。①为了提高采空区侧巷帮支护效果，巷道掘进至增压区内时采空区侧巷帮施工帮锚索，锚索长度为4.0 m，锚索直径为21.6 mm，每排施工4根锚索，锚索间排距为1.0 m，第一排锚索距顶板间距为0.3 m；②锚索施工完后将相邻2根锚索采用长度为1.0 m，直径为30 mm圆钢进行连接。

（2） 施工“L”型钢棚。 ①“L”型钢棚主要由顶梁、棚腿、底座组成，顶梁中间焊制一个直径为25 mm圆孔，棚腿上焊制两个直径为25 mm圆孔，圆孔间距为2.0 m；②首先在底板安装钢棚底座，钢棚底座与顶板之间采用地锚固定，见图2；③钢棚底座安装后开始安装棚腿，棚腿与底座之间采用双向固定螺母进行连接，棚腿长度为3.8 m，棚腿安装后必须确保棚腿垂直巷道底板，为了防止棚腿倾倒，在棚腿上分别施工两根固定锚杆将其与巷帮固定；④棚腿安装后开始安装顶梁，顶梁与棚腿之间采用卡缆进行连接，在顶梁上施工一根固定锚杆将其与顶板进行固定；⑤“L”型钢棚间距为1.0 m，相邻两架钢棚之间采用一组连接杆进行连接，所有钢棚架设完后，在钢棚棚腿与巷帮间隙处填塞水泥背板，水泥背板填塞后必须确保背板与巷帮接触严实。

4 结语

山西宏宇诚铸建设工程有限公司塔山矿建项目部通过技术研究，对2204-2顺槽在掘进过增压区时，采取施工密集锚索+注浆+架设“L”钢棚等联合支护措施，实践证明施工巷道采取联合支护措施后，提高巷道在增压区内掘进效率及支护质量，降低了增压区内巷道变形量，保证了巷道安全施工，取得了显著成效。