回采工作面小煤柱護巷加固措施

王浩奇

（大同煤礦集團雁崖煤業有限公司，山西 大同 037003）

1 工作面概述

大同煤礦集團雁崖煤業公司8304工作面位于井田三盤區西翼，工作面東部為西翼大巷，南部為8305工作面，西部為實煤區，北部為8302工作面，如圖1所示。工作面設計走向長度為1700m，傾向長度為220m。8304工作面回采煤層為二疊系下統山西組4#煤層，平均厚度4.5m，煤層發育不穩定，含有兩層夾矸。直接頂主要以泥巖、煤混合巖層為主，平均厚度為3.5m，基本頂主要以細粉砂巖為主，平均厚度為7.8m。

8304工作面采用的是綜合機械化無煤柱回采工藝，工作面布置設計時8304回風順槽（5304巷）與8312回風順槽（5305巷）預留寬度為6.0m的小煤柱。8304工作面在回采前采用鏈臂鋸在距小煤柱0.5m處進行切頂，切頂深度為4.0m，切縫寬度為0.1m。

8304工作面670m處位于回風順槽側揭露一條正斷層F5，斷層落差為1.4m，傾角為52°，斷層與工作面呈47°夾角。受構造應力影響，工作面回采時650～720m段小煤柱出現嚴重破碎現象。

初步支護設計中5304巷與5305巷預留的小煤柱采用單錨桿支護，每排布置3根，錨桿間排距為1.0m，第一排錨桿施工在距頂板0.5m處，錨桿長度為2.0m。在650～720m段工作面回采時在小煤柱側支設一排單體支柱加強頂板維護。

圖1 8304工作面平面布置示意圖

2 回采期間技術難題

（1）小煤柱側頂板壓力集中明顯。受回采壓力及構造應力影響，工作面回采至650～720m段小煤柱側，頂板壓力集中相對明顯，而5304巷切頂深度為4.0m，無法實現頂板完全卸壓，從而造成小煤柱側頂板出現下沉現象，最大下沉量達0.47m。

（2）小煤柱側支護失效現象嚴重。由于8304工作面回采煤層屬石炭二疊紀煤層，煤層結構復雜，膠結穩定性差，煤體呈破碎狀。而且小煤柱寬度為6.0m，小煤柱兩側采用錨桿支護時，受鉆孔擾動影響進一步加大了煤體破壞程度，造成錨桿錨固效果差，錨桿失效現象嚴重。

（3）小煤柱維護難度大。受8304工作面回采應力及F5斷層應力影響，頂板應力大，造成煤柱擠壓型破壞，煤柱片幫現象嚴重，采用傳統錨桿支護效果差，小煤柱維護難度大。

（4）支護勞動強度大。650～720m段在小煤柱側支設單體支柱進行維護，間距為1.5m，共需支設50架，勞動強度大，而且工作面回采后需人工回收支柱，難度大且不利于施工安全。

3 安全回采技術措施

為了保證工作面過斷層應力區的安全，經研究決定采用“水力造穴卸壓+注漿+柔模澆筑+施工穿幫錨索”措施對650～720m段小煤柱進行聯合維護管理。如圖2所示。

3.1 水力造穴卸壓

（1）水力造穴孔施工在5104巷頂板，與小煤柱間距為1.0m。造穴鉆孔深度為5.0m，鉆孔間距為6.0m，鉆孔呈直線布置。

（2）采用水力沖孔鉆機配套直徑為25mm、鉆頭直徑為42mm鉆孔進行普通鉆孔施工，鉆孔施工深度為4.2m，鉆孔垂直頂板布置。

（3）普通鉆孔施工到位后，及時更換旋轉切割鉆頭進行造穴孔施工。造穴孔長度為0.8m，直徑為0.5m，造穴孔施工完成后及時清理孔內煤巖屑。

3.2 注漿施工

（1）注漿孔參數。在650m處對小煤柱巷幫施工注漿鉆孔，共計施工兩排注漿孔，第一排施工在距頂板0.8m處，第二排施工在距頂板2.0m處。鉆孔深度為4.0m，直徑為45mm，鉆孔間距為4.0m，鉆孔與頂板呈30°仰角布置，共計布置36個注漿鉆孔。

（2）注漿設備及配料。采用型號為3ZBQ20/24礦用氣動注漿泵進行注漿，需注漿泵一臺、注漿槍一把、Ф50mm軟管30m、4寸鋼管6m。注漿液采用馬麗散與催化劑配比為1:1混合液。

（3）注漿工序。首先將注漿管塞入注漿鉆孔內，采用棉紗進行封孔，將軟管分別與注漿槍和注漿泵連接，并將注漿泵兩個吸料軟管分別插入裝有馬麗散與催化劑料桶內，開啟注漿泵風動閥門進行注漿。注漿壓力控制0.5～1.5MPa之間，注漿期間發現煤壁有漿液滲出時立即停止注漿。

3.3 柔模澆筑技術

（1）在小煤柱巷幫施工兩排錨桿，第一排施工在距頂板1.0m處，第二排施工在距頂板2.0m處。錨桿間距為4.0m，錨桿外露長度為0.4m。

（2）所有錨桿施工后，在錨桿外露端吊掛長度為4.2m“JW”型鋼帶，鋼帶與巷道平行布置，鋼帶與錨桿之間采用鋼方墊、螺母進行預緊。

（3）在鋼帶與巷幫之間支設一排密集木柱，木柱緊貼鋼帶，木柱長度為3.5m，直徑為30mm，木柱支設間距為1.0m，共計支設72根（端頭各一根）。木柱支設后確保木柱與頂板接觸嚴實、不晃動。

（4）木柱支設完成后，采用長度為3.0m、寬度為0.5m、厚度為0.02m木板進行分段支盒，每段支盒長度為5.0m，支盒后形成封閉澆筑空間。

（5）單段支盒高度達1.0m且形成封閉空間后，對其進行混凝土澆筑。混凝土料比為砂子:石子:水泥=2:2:1，混凝土強度不得低于C30。澆筑到位后再繼續支盒，依次類推，直至澆筑面與頂板接觸嚴實。

3.4 施工穿幫錨索

（1）為了保證澆筑面與煤柱接觸嚴實，柔模澆筑施工完成后，在澆筑面施工穿幫鉆孔。鉆孔深度為6.5m，鉆孔直徑為30mm，共計施工兩排且成邁步式布置，第一排施工在距頂板1.0m處，排距為2.5m，間距為3.0m。

（2）鉆孔施工完后，在鉆孔內穿插一根長度為7.5m、直徑為21.6mm高強度預應力錨索。小煤柱兩側錨索外露長度為0.5m，并對外露端安裝長度為0.6mm工字鋼梁及鎖具進行預緊，預緊力不得低于233kN。

4 結 語

（1）通過在應力集中區施工水力造穴孔，提高了頂板應力卸壓效果，減小了小煤柱側應力集中現象及頂板應力對小煤柱破壞作用。

圖2 小煤柱聯合措施施工斷面示意圖

（2）通過對小煤柱不穩定煤體注漿施工，提高了破碎煤體膠結穩定性及承載能力，提高了巷幫錨桿支護效果，防止小煤柱受應力作用出現巷幫剝離破壞。

（3）與傳統支設單體支柱相比，采取柔模澆筑技術不僅提高了小煤柱對頂板支撐橫截面積，降低了支護勞動強度，而且減少了頂板應力對煤柱擠壓破壞作用，防止了頂板出現下沉、破碎現象。

（4）采用穿幫錨索不僅將澆筑面與煤柱連接成整體，防止澆筑面受力出現垮落事故，而且對小煤柱起到預緊作用，減少工作面回采期間5305巷側煤柱出現片幫現象。