小窑破坏区工作面回采巷道安全控制技术研究

张鹏军

（中煤华晋集团韩咀煤业有限公司，山西 河津 043300）

1 工程概况

32101工作面位于韩咀煤矿一盘区北翼，开采煤层为2号煤层。工作面地面标高790～920 m，井下标高570～615 m，煤层平均倾角为7.3°，平均煤层厚度为5.5 m，夹矸为炭质泥岩，黑色，以瘦煤为主，裂隙发育，参差状断口，具条带状构造。32101工作面采用走向长壁后退式综放采煤法，采高为3.0 m、放煤高度为2.5 m，采用全部垮落法管理顶板。32101工作面煤层顶底板煤岩物理力学特性见表1所示。

表1 煤岩物理力学性质

根据物探结果，32101工作面老空是由原长咀湾矿、窑咀矿开采造成的，开采层位为2号煤上分层，开采高度一般为2.2 m，开采方式为巷柱式。工作面在经过老空区时，巷道完整性无法得到很好保证，因此，需要对不同阶段下巷道控制技术进行探讨研究，以期保证32101工作面开采的顺利进行。

2 32101工作面破坏区探测分析

为了探究32101工作面开采区域的地质异常现象，采用无线电波坑道透视方式进行探测，该原理是利用电磁波在遭遇各种构造如断层、陷落柱等时会产生反射和折射作用，造成电磁波能量损耗，使得信号接收器上出现明显衰减的透射异常区。

2.1 坑透方式布置

本次32101工作面采用的井下坑透法在两回采巷道间进行，使用YDT88型矿用无线电波坑道透视仪，发射频率选择为0.5 MHz，发射方式采用定点发射，具体如图1所示。发射点距50 m，接收点距10 m，每一发射点，接收机可相应观测11~21个点，接收范围与发射点所形成的夹角一般小于40°。根据32101工作面实际状况，分别在主运巷和辅运巷布置发射点10个，对应每个发射点可接收11个场强值，每个发射点发射3.5 min，接收3.5 min，换发射点1.5 min。

图1 32101工作面坑透法定点布置示意

2.2 探测结果及分析

将采集到的数据使用无线电波透视CT软件进行反演并做成像分析，实测场强如下页图2所示。结果显示可将工作面划分为3个异常区。第一异常区位于主运巷0~330 m、辅运巷5~310 m区间内，吸收系数为0.37~0.42，推断其为受采空区影响所致，对工作面回采有一定影响；第二异常区位于主运巷460~490 m、辅运巷420~460 m区间内，性质与第一异常区相同；第三异常区位于主运巷150~180 m、辅运巷220~270 m区间，在第一异常区范围内，预计会对工作面开采产生更大影响。

图2 32101工作面巷道场强实测曲线图

3 32101工作面巷道稳定性综合控制措施

3.1 32101工作面巷道分区控制方式

由于32101工作面存在不同的地质构造异常区，在巷道顶板遭遇老空区和实体煤巷道顶板的不同状况下，需要采取不同的支护措施，分区支护设计如下：

1）巷道遇顶板老空区状态。此阶段巷道采用工字钢架棚支护，如图3所示。梯形棚采用11#矿用工字钢制作而成，顶梁L=4500 mm，棚腿L=3 380 mm，棚距为600 mm（边对边），两棚之间采用Φ20 mm圆钢拉杆连锁加固（腿1.5 m处）；帮部锚杆每排布置3根，回采帮为Φ22 mm×2 400 mm的玻璃钢锚杆、煤柱帮为Φ22 mm×2 400 mm的左旋无纵肋螺纹钢锚杆，间排距1 000 mm×1 200 mm；顶部及煤柱帮采用10#菱形铁丝网（网格为50 mm×50 mm）；回采帮采用尼龙网；水泥背板规格为1 000 mm×200 mm×50 mm。

图3 工作面巷道遇老空区时支护方式（mm）

2）巷道于实体煤巷道顶板。此阶段巷道采用锚网索支护，如图4所示。顶部采用为Φ22 mm，L=2 800 mm的左旋无纵筋树脂螺纹钢锚杆，煤柱帮采用Φ22 mm，L=2 400 mm的左旋无纵筋树脂螺纹钢锚杆，回采帮采用Φ22 mm，L=2 400 mm的玻璃钢锚杆，锚杆间排距为800 mm×800 mm。选用Φ17.8 mm×8 300 mm的低松弛钢绞线，间排距2 000 mm×1 600 mm进行'对二'布置。锚杆托盘选用Q235钢板，L×B×H=150 mm×150 mm×10 mm。锚索托盘选用Q235钢板，L×B×H=300 mm×300 mm×16 mm。顶部钢筋网片规格为2 000 mm×1 000 mm，网格为100 mm×100 mm，网格搭接长度为200 mm；两帮采用阻燃塑料网片，网格搭接长度为200 mm。每根锚杆锚固使用CK2335和K2360树脂锚固剂各一支，每根锚索锚固使用两支CK2335和两支K2360树脂锚固剂。

图4 工作面巷到遇实体煤顶板时支护方式（mm）

3.2 过老空区巷道破碎段充填技术

32101工作面巷道过老空区破碎段时，探测破坏区采用高泡水泥进行充填，该技术适合长距离管路输送，由于混合浆料凝固的时间和强度可控，非常适宜井下密闭空间的充填。

充填配比选择的水灰比为1∶0.6，添加剂比为1∶30，发泡量为2∶1。充填位置在工作面巷道距开切眼120～140 m处，在此处布置钻孔，钻孔排间距均按照5.0 m布置，钻孔深度一般为1～2 m，以贯通至空区为准；向探测破坏区充填选用好的水泥；动力采用井下风动系统；充填顺序为按充填推进方向依次进行充填，直到将空区充满（浆液倒流）为止；将注浆孔封闭，防止浆液溢出，待浆液凝固后进行钻孔观测。充填设备原理如下页图5所示。

图5 充填设备原理图

3.3 32101工作面巷道控制效果分析

对32101工作面巷道进行分区支护和破碎段充填后，还需要对巷道围岩变形和顶板离层情况进行监测。巷道围岩变形采用十字布点法，顶板离层采用离层仪进行测定，监测周期为60 d。根据监测变化曲线，前20 d围岩变形速率较大，之后的20~30 d内围岩变形速率变得缓慢，巷道整体呈现稳定状态。巷道整体顶板变形峰值为160 mm、两帮变形的绝对峰值为240 mm，顶板离层呈现一定规律性的台阶状变化，变化速率随着时间越来越小，最终趋于稳定，顶板离层量最大值为9 mm，变化趋势与巷道围岩表面位移规律相同且离层量保持在一定的可控范围内。32101工作面巷道通过整体分段支护和破碎段充填，取得了良好的应用效果，能够满足安全生产需求。

4 结语

韩咀矿32101工作面由于受上分层老空区影响，使得工作面在巷道掘进和开采过程中均会存在控制效果不佳、影响安全生产的问题。32101工作面地质构造异常区经过探测可以划分为三个区域，基于此确定了回采巷道分区支护和破碎段充填的控制措施，工程应用后，巷道整体变形长时间保持在可控范围内，未出现大面积顶板垮落和两帮移近现象，使得32101工作面的安全生产得到了保证。