近采空区残留小煤柱巷道掘进支护技术研究

余雁飞

近采空区残留小煤柱巷道掘进支护技术研究

余雁飞

(大同煤矿集团有限责任公司 燕子山矿，山西 大同市 037000)

燕子山矿302盘区5210巷在掘进过程中与8212已采工作面采空区预留煤柱相遇，巷道掘进至煤柱附近时，受到采空区压力及采动压力的影响，矿压显现剧烈，顶板破碎严重，煤壁大面积片帮，原有的支护方式难以有效控制巷道变形，针对这一难题，提出“锚杆+锚索+W钢带+JW钢带+钢护板+护帮锚索+金属网联合支护”工艺，有效缓解了增压区巷道变形，提升巷道顶板及巷帮稳定性，确保工作面安全生产。

小煤柱;支护技术;风险管控;掘进

燕子山矿位于山西省大同市小蒜沟村保护煤柱以南，马脊梁矿保护煤柱以西的山梁地带，地面标高1328～1406 m，井下标高923～965 m，矿井5210掘进巷位于4#煤层302盘区，西部为可采边界线，南部为8208设计工作面，东部为盘区巷，北部为8212回采工作面。对应上覆有11#、14-2#、14-3#层小窑破坏区及马脊梁矿301，303，305盘区采空区。5210巷煤层结构复杂，厚度稳定，煤层全厚5.54～9.34 m，平均厚度7.44 m，老顶主要以高岭岩，粗、中、粉细砂岩、砾岩为主，平均厚度为15.26 m，直接顶主要为粗粒砂岩、中、细砂岩、粉砂岩，平均厚度9.16 m，直接底为高岭岩、细砂岩、粉砂岩，平均厚度7.70 m，平均煤层倾角为3°，5210巷掘进使用EBZ260型掘进机进行破煤掘进，实现一次成巷。

1 巷道支护面临的问题

5210巷道原支护形式为“锚杆+W钢带+锚索+金属网”联合支护，在该巷道掘进时，与8212已采工作面采空区预留煤柱相距仅有8 m，根据相邻巷道矿压数据资料分析，受邻近采空区压力影响较大，巷道开挖后，顶板及巷帮变形严重，当巷道掘进至增压区时（增压区影响巷道掘进距离约25 m左右），顶板破碎严重，煤壁大面积片帮，在顶板来压期间，煤壁的片帮深度、垂直高度和范围较大，在工作面中后部显现得尤为严重，其中片帮最大深度可达1500 mm左右，最大宽度、高度可达5100 mm和2000 mm左右。在采动压力作用下，巷道顶板岩石层与上覆岩层出现离层，锚杆、锚索锚固位置脱离稳定层位，引起锚固力不足甚至支护失效的问题，严重影响着巷道施工安全。原支护形式难以有效控制巷道变形，针对5210巷施工过程中巷道成型与帮顶支护困难的难题，为保证巷道顺利过增压区，需对顶板及巷帮支护参数进行优化，重新制定加固措施。

2 过增压区支护措施研究

2.1 机载前探梁临时支护工艺

在顶板完整的情况下，在工作面机组割完一个循环（0.8 m）后，将钢带、金属网放置在机载前探梁上，启动机组液压电机，升起机载前探梁掩护空顶区域，机载前探梁升到位后将机组打到闭锁位置，通过主架的升降油缸操作阀手柄使主架升起达到巷道顶板高度，使钢带和锚网同顶板吻合。然后掘进机停机断电，在掘进机机载临时支护的保护下进行打孔、上锚杆，完成支护作业[1]。其中，顶锚杆，顶锚索到工作面的最大控顶距离（最小控顶距与一个支护间距之和）为2.3 m，最小控顶距离为0.7 m，护帮支护距工作面滞后距离不大于2.4 m。

2.2 联合永久支护工艺

考虑到5210巷小煤柱掘进，需增强支护强度，提出了“锚杆+锚索+W钢带+JW钢带+钢护板+护帮锚索+金属网联合支护”工艺，在顶板完整的情况下，割完一个循环后，在临时支护的掩护下执行敲帮问顶，由外向里、由中间向两边进行永久支护。5210巷顶板采用钢带压网、锚杆固定和锚索联合支护形式，护帮支护由上向下采用短钢带压网、锚杆固定支护形式。5210巷道支护设计断面如图1所示。

（1）顶板钢带压网，锚杆固定支护。顶板布置4排锚杆，规格为Φ20×2400 mm，排距0.9 m，间距1.6 m，垂直于顶板布置，角锚杆与顶板夹角60°布置，间距1.6 m，顶板增设“JW”型4孔钢带：规格为3200 mm×330 mm×6 mm。掘进过程中，如遇顶板层理、节理发育，顶板破碎时，需根据实际情况缩小锚杆支护间距，加强顶板支护[2]。

图1 5210巷道支护设计断面

（2）顶板锚索支护。巷道顶板对称布置4排锚索，排距0.9 m，间距1.6 m，垂直于顶板布置布置，角锚索与顶板夹角60°，间距1.6 m。布置锚索长度根据顶煤厚度选用7.0 m长，如果顶板顶煤厚度超过5.0 m时，必须更换成9 m长锚索，保证锚固端伸入直接顶基岩处1.2 m以上，确保顶板支护完整性及悬吊固定作用。

（3）护帮锚杆支护。护帮锚杆选用规格为Φ20×2.4 m的左旋无纵筋螺纹锚杆，角锚杆左右各1排，与顶板水平成60°夹角[3]。巷道工作面侧煤壁布置3排护帮锚杆，上排锚杆距顶板0.6 m，下排锚杆距底板0.7 m，锚杆间距1.0 m；巷道煤柱侧布置3排护帮锚杆，上排锚杆距顶板0.6 m，下排锚杆距底板0.7 m，锚杆间距1.0 m；帮锚杆垂直于顶板布置，并在钢带下铺设金属菱形网，帮网选用8号铅丝编制成网孔为50 mm×50 mm，规格为3400 mm×1700 mm的菱形金属网。

（4）护帮钢带压网，锚索固定支护。巷道护帮锚索选用规格为Φ17.8×4000 mm的锚索，沿巷道工作面煤柱侧布置2排锚索，与顶板水平成60°夹角，锚索支护排间距为1000 mm×1600 mm，护帮锚索支护工作面侧布置1排锚索，锚索支护排间距为1500 mm×1600 mm，针对煤壁片帮严重的情况，巷帮增设“W”型单孔短钢带和“JW”型单孔短钢带作为联合支护，规格分别为为400 mm×280 mm×4 mm和400 mm×330 mm×6 mm。

2.3 增压区支护技术要求

（1）当遇到巷道顶板破碎地带、巷道交叉口、“丁”字口、或与巷道设计高度变化较大时，需适当加打锚杆和锚索，并铺设金属双网防护，锚固条件变差的区域，需变更锚索支护。锚杆、锚索安装角度允许偏差±15°，锚索孔深误差为0~+50 mm，锚索外长度控制在150～250 mm之间。

（2）W型（JW型）钢带必须垂直巷道中心线布置并紧贴巷道顶板，接触面积不得小于60%，未接触部分必须用板皮或木楔子垫实，每排锚杆布置成一条直线。

（3）铺网联网要求巷道顶角处，帮网、顶网不得搭接，必须铺设整体网，或者用网丝将两张网链接成整体，金属网铺平、铺展，紧贴顶帮，网与网搭接长度不小于200 mm，搭接处每200 mm用14#铅丝扭结好，双丝双扣，绑扎牢固，绑死扭结不少于3圈[4]，巷道每掘进100 m必须用尼龙网断开顶、帮金属尼龙网两边角搭接500 mm。

3 巷道掘进过增压区风险管控

依据2018年度燕子山矿重大安全风险辨识评估报告，由于临近采空区的稳定时间不足，5210巷道掘进过程中，存在小煤柱开采压力释放区，特别是小煤柱侧及巷道尖角等应力易集中区，在该区域内，煤层赋存特性稳定性较差，顶板破碎严重，巷道开掘后，锚索锚固位置脱离稳定层位，可能引起锚固力不足、支护失效等隐患，造成巷道冒顶事故的重大安全风险，为管控重大安全风险采取 如下：

（1）将小煤柱巷道尽可能布置在临近采空区侧向支承压力降低区，采用一掘一支，短掘短支的方式掘进，使用机载前探支护，坚持敲帮问顶制度，施工过程中，加强围岩的变形观测，做好顶板岩（煤）层的离层情况记录，为支护调整提供依据；

（2）定期对巷道顶板及煤柱进行钻孔窥视，分析顶煤破碎层位、煤柱内破碎范围，合理调整支护，确保锚固端处于稳定层位中，巷道因炸帮等原因超宽0.4 m时，够一个支护间距必须及时补上此处的支护；

（3）对与各类硐室，尤其是小煤柱侧的，必要时可以考虑通过喷浆等手段加强支护，保证顶板安全，当边锚杆帮距＞0.9 m时，须增补支护，工作面必须有足够的备用临时支护材料，当巷道遇顶板破碎时应急使用，在掘进小煤柱时，如果煤柱侧顶板及护帮破碎严重需要增设单体柱加强支护；

（4）由于巷道沿煤层底板掘进，巷道顶板留有顶煤，在小断层及裂隙较发育的地带，巷道顶板容易破碎，故在过断层及地质构造时，必须停掘，探明断层及地质构造特征，缩小锚杆间排距，短掘短支，同时增补锚索支护，缩小循环进尺，将循环进尺调整为0.7 m以确保安全。

4 结 语

本文以同煤集团燕子山矿302盘区5210掘进巷道为研究对象，对该巷道通过采空区小煤柱增压区时顶板破碎，煤壁片帮严重的问题，提出“锚杆+锚索+W钢带+JW钢带+钢护板+护帮锚索+金属网联合支护”工艺与风险管控措施，实践证明，施工巷道采取联合支护工艺后，降低了增压区内巷道围岩变形量，巷道顶板及巷帮稳定性大大提高，确保了工作面的安全生产。

[1] 张志茸.煤矿掘进支护设计与工艺[J].机械管理开发,2018,33(06): 28-29.

[2] 徐青云,张 磊,鲁 杰,李永明,谭 云.高瓦斯松散煤体复合顶煤巷支护参数优化分析[J].中国煤炭,2014,40(12):42-45.

[3] 贾树宝.加强掘进巷道与相邻综采面交锋处的顶板支护措施[J].能源与节能,2016(06):8-9+12.

[4] 温思南.巷道掘进过小断方法及措施[J].科技视界,2013(04):166- 167.

(2019-02-21)

余雁飞(1986—)，男，山西宁武人，助理工程师，主要从事煤矿机掘队组技术管理工作，Email：312322524@ qq.com。