小窯破壞區工作面回采巷道安全控制技術研究

張鵬軍

（中煤華晉集團韓咀煤業有限公司，山西 河津 043300）

1 工程概況

32101工作面位于韓咀煤礦一盤區北翼，開采煤層為2號煤層。工作面地面標高790～920 m，井下標高570～615 m，煤層平均傾角為7.3°，平均煤層厚度為5.5 m，夾矸為炭質泥巖，黑色，以瘦煤為主，裂隙發育，參差狀斷口，具條帶狀構造。32101工作面采用走向長壁后退式綜放采煤法，采高為3.0 m、放煤高度為2.5 m，采用全部垮落法管理頂板。32101工作面煤層頂底板煤巖物理力學特性見表1所示。

表1 煤巖物理力學性質

根據物探結果，32101工作面老空是由原長咀灣礦、窯咀礦開采造成的，開采層位為2號煤上分層，開采高度一般為2.2 m，開采方式為巷柱式。工作面在經過老空區時，巷道完整性無法得到很好保證，因此，需要對不同階段下巷道控制技術進行探討研究，以期保證32101工作面開采的順利進行。

2 32101工作面破壞區探測分析

為了探究32101工作面開采區域的地質異常現象，采用無線電波坑道透視方式進行探測，該原理是利用電磁波在遭遇各種構造如斷層、陷落柱等時會產生反射和折射作用，造成電磁波能量損耗，使得信號接收器上出現明顯衰減的透射異常區。

2.1 坑透方式布置

本次32101工作面采用的井下坑透法在兩回采巷道間進行，使用YDT88型礦用無線電波坑道透視儀，發射頻率選擇為0.5 MHz，發射方式采用定點發射，具體如圖1所示。發射點距50 m，接收點距10 m，每一發射點，接收機可相應觀測11~21個點，接收范圍與發射點所形成的夾角一般小于40°。根據32101工作面實際狀況，分別在主運巷和輔運巷布置發射點10個，對應每個發射點可接收11個場強值，每個發射點發射3.5 min，接收3.5 min，換發射點1.5 min。

圖1 32101工作面坑透法定點布置示意

2.2 探測結果及分析

將采集到的數據使用無線電波透視CT軟件進行反演并做成像分析，實測場強如下頁圖2所示。結果顯示可將工作面劃分為3個異常區。第一異常區位于主運巷0~330 m、輔運巷5~310 m區間內，吸收系數為0.37~0.42，推斷其為受采空區影響所致，對工作面回采有一定影響；第二異常區位于主運巷460~490 m、輔運巷420~460 m區間內，性質與第一異常區相同；第三異常區位于主運巷150~180 m、輔運巷220~270 m區間，在第一異常區范圍內，預計會對工作面開采產生更大影響。

圖2 32101工作面巷道場強實測曲線圖

3 32101工作面巷道穩定性綜合控制措施

3.1 32101工作面巷道分區控制方式

由于32101工作面存在不同的地質構造異常區，在巷道頂板遭遇老空區和實體煤巷道頂板的不同狀況下，需要采取不同的支護措施，分區支護設計如下：

1）巷道遇頂板老空區狀態。此階段巷道采用工字鋼架棚支護，如圖3所示。梯形棚采用11#礦用工字鋼制作而成，頂梁L=4500 mm，棚腿L=3 380 mm，棚距為600 mm（邊對邊），兩棚之間采用Φ20 mm圓鋼拉桿連鎖加固（腿1.5 m處）；幫部錨桿每排布置3根，回采幫為Φ22 mm×2 400 mm的玻璃鋼錨桿、煤柱幫為Φ22 mm×2 400 mm的左旋無縱肋螺紋鋼錨桿，間排距1 000 mm×1 200 mm；頂部及煤柱幫采用10#菱形鐵絲網（網格為50 mm×50 mm）；回采幫采用尼龍網；水泥背板規格為1 000 mm×200 mm×50 mm。

圖3 工作面巷道遇老空區時支護方式（mm）

2）巷道于實體煤巷道頂板。此階段巷道采用錨網索支護，如圖4所示。頂部采用為Φ22 mm，L=2 800 mm的左旋無縱筋樹脂螺紋鋼錨桿，煤柱幫采用Φ22 mm，L=2 400 mm的左旋無縱筋樹脂螺紋鋼錨桿，回采幫采用Φ22 mm，L=2 400 mm的玻璃鋼錨桿，錨桿間排距為800 mm×800 mm。選用Φ17.8 mm×8 300 mm的低松弛鋼絞線，間排距2 000 mm×1 600 mm進行'對二'布置。錨桿托盤選用Q235鋼板，L×B×H=150 mm×150 mm×10 mm。錨索托盤選用Q235鋼板，L×B×H=300 mm×300 mm×16 mm。頂部鋼筋網片規格為2 000 mm×1 000 mm，網格為100 mm×100 mm，網格搭接長度為200 mm；兩幫采用阻燃塑料網片，網格搭接長度為200 mm。每根錨桿錨固使用CK2335和K2360樹脂錨固劑各一支，每根錨索錨固使用兩支CK2335和兩支K2360樹脂錨固劑。

圖4 工作面巷到遇實體煤頂板時支護方式（mm）

3.2 過老空區巷道破碎段充填技術

32101工作面巷道過老空區破碎段時，探測破壞區采用高泡水泥進行充填，該技術適合長距離管路輸送，由于混合漿料凝固的時間和強度可控，非常適宜井下密閉空間的充填。

充填配比選擇的水灰比為1∶0.6，添加劑比為1∶30，發泡量為2∶1。充填位置在工作面巷道距開切眼120～140 m處，在此處布置鉆孔，鉆孔排間距均按照5.0 m布置，鉆孔深度一般為1～2 m，以貫通至空區為準；向探測破壞區充填選用好的水泥；動力采用井下風動系統；充填順序為按充填推進方向依次進行充填，直到將空區充滿（漿液倒流）為止；將注漿孔封閉，防止漿液溢出，待漿液凝固后進行鉆孔觀測。充填設備原理如下頁圖5所示。

圖5 充填設備原理圖

3.3 32101工作面巷道控制效果分析

對32101工作面巷道進行分區支護和破碎段充填后，還需要對巷道圍巖變形和頂板離層情況進行監測。巷道圍巖變形采用十字布點法，頂板離層采用離層儀進行測定，監測周期為60 d。根據監測變化曲線，前20 d圍巖變形速率較大，之后的20~30 d內圍巖變形速率變得緩慢，巷道整體呈現穩定狀態。巷道整體頂板變形峰值為160 mm、兩幫變形的絕對峰值為240 mm，頂板離層呈現一定規律性的臺階狀變化，變化速率隨著時間越來越小，最終趨于穩定，頂板離層量最大值為9 mm，變化趨勢與巷道圍巖表面位移規律相同且離層量保持在一定的可控范圍內。32101工作面巷道通過整體分段支護和破碎段充填，取得了良好的應用效果，能夠滿足安全生產需求。

4 結語

韓咀礦32101工作面由于受上分層老空區影響，使得工作面在巷道掘進和開采過程中均會存在控制效果不佳、影響安全生產的問題。32101工作面地質構造異常區經過探測可以劃分為三個區域，基于此確定了回采巷道分區支護和破碎段充填的控制措施，工程應用后，巷道整體變形長時間保持在可控范圍內，未出現大面積頂板垮落和兩幫移近現象，使得32101工作面的安全生產得到了保證。