復雜條件下小煤柱工作面硐室圍巖控制技術應用

韓圖門烏力吉

（晉能控股集團，山西 大同 037001）

1 工程概況

晉能控股集團虎龍溝煤礦81511 工作面位于井田東盤區，81511 工作面東部鄰近81509 采空區，南部與盤區東軌道大巷相接，西部尚未開拓，北部鄰近礦界。

81511 工作面設計走向長度為1215 m，傾向長度為183 m，回采煤層為3#～5#煤層，平均厚度為10.63 m，平均傾角為4°，工作面采用綜合機械化回采工藝。

目前工作面運輸、回風順槽已掘進到位，工作面內液壓支架已安裝完成。為了便于工作面刮板輸送機及采煤機安裝，需在51511 巷末端對應工作面切眼位置施工一個絞車硐室（編號為1#），硐室規格為長×高×深=4.5 m×3.5 m×5.0 m。資料顯示，1#絞車硐室位于81509 采空區邊緣。51511 巷與81509 采空區之間預留煤柱寬度為6.5 m，所以硐室施工完后絞車硐室與81509 采空區之間的煤柱僅有1.5 m，如圖1。為了保證硐室施工安全，防止硐室與采空區之間煤柱出現垮塌，避免采空區內有害氣體向硐室內涌入，必須采取合理有效的支護技術對巷幫煤柱進行加固[1-5]，從而提高其承載能力和封堵能力。

圖1 81511 工作面絞車硐室布置平面示意圖

2 絞車硐室支護設計及問題分析

2.1 絞車硐室支護設計

（1）頂板支護。采用左旋無縱筋螺紋鋼錨桿（Φ20 mm×2400 mm），每排4 根加W 型鋼帶，錨桿與水平面夾角為75°，各排錨桿排距0.9 m，間距1.0 m；頂板共打三排錨索，每排三根，錨索間排距為0.9 m×1.8 m，錨索長度為8.0 m，與頂板垂直布置。

（2）幫部支護。錨桿為左旋無縱筋螺紋鋼錨桿，錨桿間排距為0.9 m，錨桿直徑20 mm，錨桿長度為2.0 m。距巷道頂0.4 m 處施工1 根錨桿，與水平方向夾角為10°（向上偏），距巷道底0.4 m 施工1 根錨桿，與水平方向夾角為10°（向下偏）。

2.2 問題分析

（1）巷幫煤柱支護難度大。81511 工作面絞車硐室設計施工深度為5.0 m，而81511 工作面與81509 采空區之間預留小煤柱寬度為6.5 m，絞車硐室施工完后硐室內幫與采空區之間煤柱寬1.5 m，如圖1 所示。絞車硐室原支護設計中巷幫錨桿長度為2.0 m，錨桿無法對絞車硐室內幫進行有效支護。同時，81511 工作面回采煤層為5#煤層，煤層穩定性差且結構復雜，寬度為1.5 m 的絞車硐室內幫煤柱支撐作用強度低，很容易造成內幫煤柱垮落現象。

（2）巷幫煤柱漏氣現象嚴重。由于81511 工作面鄰近為81509 采空區，采空區內富含大量有害氣體，而5#煤層透氣系數高、隔絕氣體效果差，絞車硐室施工完后，若不對內幫采取合理有效的隔絕措施，很容易造成81509 采空區內有害氣體在負壓作用下，沿內幫煤柱進入絞車硐室內，威脅安全生產。

3 絞車硐室圍巖控制技術

3.1 安裝柔性充填袋

為了有效杜絕采空區有害氣體沿煤柱裂隙向硐室內涌入，為了在采空區側巷幫形成充填空間，決定采用“鉆孔+柔性充填袋+水泥-粉煤灰漿液”技術工藝。其工藝流程如下：

（1）充填鉆孔施工。采用手持式鉆機配套直徑為128 mm 鉆頭進行施工，確保鉆孔施工后可將柔性充填袋送入21509 巷煤柱邊緣并貼緊煤壁。調車硐室內施工一排充填鉆孔，共計3 個，鉆孔間距為1.2 m，鉆孔開口位置與底板間距為1.5 m，終孔位置與頂板間距為0.5 m。

（2）安裝柔性充填袋。注漿鉆孔施工完后依次向采空區側煤壁送入柔性充填袋，充填袋長度為3.5 m，寬度為1.5 m，充填袋端部預留一個注漿孔及出漿孔。充填袋安裝后將注漿管路與注漿孔連接，同時將注漿管路與注漿泵連接。

（3）注漿填充材料。充填注漿管路連接到位后，進行注漿填充材料配料，注漿填充采用水泥、粉煤灰和膠結材料配比為1:2:0.8 的混合材料。注漿施工前先將混合料放入MJZC-150礦用攪拌機攪拌均勻，填充材料混合均勻后送入注漿泵中。

（4）注漿填充施工。對柔性充填袋內進行注漿施工時，當出漿口有漿液流出后停止注漿，密封注漿管路和出漿管路，封孔（注漿管路和出漿管路封在充填鉆孔內）完成柔性充填袋充填，將充填21509 巷對應位置的80%并使其貼緊煤壁，待凝固后，形成相應的封堵空間，如圖2。

圖2 絞車硐室圍巖聯合支護施工平面示意圖

3.2 窄煤柱注漿加固

（1）絞車硐室窄煤柱背板安裝充填袋后，雖然具有一定隔絕效果，為了降低硐室窄煤柱煤體透氣系數，提高煤體膠結穩定性，決定對窄煤柱進行注漿加固。

（2）對窄煤柱進行注漿鉆孔施工。為提高注漿效果，窄煤柱注漿鉆孔采用仰斜布置，煤柱共計布置三排注漿鉆孔，注漿鉆孔采用“三.二.三”邁步式布置方式。第一排注漿鉆孔布置在距頂板0.6 m處，相鄰兩排注漿鉆孔排距為1.0 m，間距為2.0 m，鉆孔直徑為45 mm，深度為2.0 m，仰角為45°。

（3）注漿鉆孔施工完后，對鉆孔內安裝注漿花管并對孔口處進行封孔處理。注漿花管與ZBYSB140/6-7.5 型液壓注漿泵連接，注漿液采用聚氨酯化學材料，注漿時注漿壓力為1.5 MPa，單孔注漿量為30 kg。

3.3 柔模澆筑

為了進一步提高絞車硐室窄煤柱支撐強度，避免小煤柱受力出現垮落，決定在窄煤柱內側施工一道柔模澆筑墻體。

（1）柔模澆筑墻體緊貼窄煤柱施工，厚0.4 m。首先對柔模澆筑區域頂底板及巷幫進行掏槽施工，掏槽深度為0.3 m，寬度為0.4 m，其中頂底板掏槽長度為4.5 m，兩幫掏槽長度為3.5 m。

（2）掏槽完成后依次安裝一架矩形梯形梁，梯形梁采用直徑為10 mm 圓鋼焊制而成，梯形梁寬度為0.4 m，采用錨桿將梯形梁固定在槽壁煤體上。梯形梁安裝后，在兩幫煤柱梯形梁間支設模板，模板長度為4.5 m，寬度為0.3 m，在兩幫模板之間支設兩根工字鋼梁加固。

（3）模板支設高度達1.0 m 后，及時對封閉空間進行混凝土澆筑。混凝土中水泥、沙子、石子配比為1:2:2，水泥采用高標號硅酸鹽水泥。為了縮短混凝土澆筑凝固時間，混凝土攪拌過程中添加速凝劑，速凝劑是水泥量的10%。當第一次柔模澆筑到位后繼續支設模板，依次類推直至澆筑體與頂板接觸嚴實。

4 效果

對81511 工作面絞車硐室窄煤柱采取了聯合治理措施后，通過10 d 的現場觀察發現，硐室內瓦斯濃度控制在0.2%以下，有效防止了采空區有害氣體向絞車硐室內涌入，提高了絞車硐室窄煤柱穩定性，防止煤柱垮落，解決了極端條件下絞車硐室圍巖控制難度大、有害氣體溢出等技術難題，為類似條件下硐室及巷道施工提供了實踐經驗。