老空區下切眼施工技術研究與應用

趙奎ZHAO Kui

（中煤第一建設有限公司第十工程處，邯鄲 056003）

1 工程概況

韓咀礦井屬兼并重組整合礦井，設計生產能力300 萬噸/年，批采煤層2-10 號。開拓方式采用混合開拓，主、副井為斜井，回風井為立井。

目前主要開采2 號煤層，根據鉆孔資料和現場施工2號煤層為5.2~6.0m 厚，煤夾矸1.45m 厚；夾矸為炭質泥巖。煤層走向北東，傾向北西，平均傾角3°，表現為單斜構造。工作面大部分煤層受到破壞，根據小窯調查資料分析，由原窯咀礦開采造成，破壞層位為煤層上分層，破壞程度一般為2.0m 高。

32104 工作面切眼全長262.8m，沿2#煤底板施工，根據探測結果分析。32104 工作面切眼均在老空區下及在老空區煤柱下施工，切眼頂板存在上分層老空及煤層離層現象，造成對32104 工作面切眼施工期間的影響。

2 支護參數

32104 工作面切眼全長262.8m，沿2#煤底板施工，使用11#工字鋼支架成對支護，棚距為中—中800mm。聯鎖：支架與支架之間采用4 道φ50mm 鋼管聯鎖，頂聯鎖分別位于距離中線各0.6m 位置（聯鎖中）、棚腿距底板1.8m位置（距棚梁下1.5m 聯鎖中），交錯搭接布置。聯鎖的U型卡螺母扭矩力不小于100N·m。網片：幫部采用尼龍網，頂部網片采用φ6mm 鋼筋網，如圍巖破碎，防止小塊煤矸掉落傷人，在金屬網上敷設尼龍網，頂網敷設雙層網片；背板：選用1×0.2×0.05m 方木，頂六幫四均勻布置，頂部背板間距750mm（中—中）、右幫幫部背板間距750mm（中到中），左幫不使用。

3 施工方案及施工工藝

3.1 施工工藝

導硐側頂板超前加固→導硐掘進、出矸→導硐支護→二次刷擴掘進、出矸→二次刷擴支護→換腿成巷。

3.2 施工方案

由于斷面較寬，圍巖破碎，采用切眼一側超前導硐（導硐斷面為切眼斷面的一半）先行貫通，二次刷擴成巷的施工方案。

①頂板超前支護采用管棚+注漿法施工。

超前管棚兼做注漿管，注漿管選用φ40mm 無縫鋼管，長度3m，前頭做尖錐狀，管壁交錯鉆注漿孔，間距300mm，注漿孔直徑8mm，管棚間距50cm，外插角度5 度。

選用2TGZ-60/210 型雙液注漿泵注漿。漿液采用A、B漿液混合注漿。A 漿液為樹脂，B 漿液為催化劑。見圖1。

圖1 超前管棚加工圖

②導硐、二次刷擴和出矸作業。

32104 工作面切眼導硐掘進、二次刷擴采用EBZ-220H 型掘進機，運輸采用掘進機裝矸轉載至刮板輸送機運輸，“三八”制作業。圍巖不穩定時，導硐斷面內預留中間煤柱四周超前掘進立腿，再掘上部巖體上梁、掛網背板連鎖固定，后掘中間預留部分。

③架棚支護。

超前施工巷道兩側煤（巖）體后，人工架設棚腿并固定、上部施工完成后安梁，敷設金屬網、背板并固定連成一體。

④邁步換棚支護。

在掘進機二次刷擴掘進時，二次刷擴斷面正常架棚，每施工4m（π 梁長度）后，采用液壓點柱+π 梁支撐導硐和二次刷擴架設時的工字鋼梁搭接處，拆除導硐時支護位于巷中的棚腿。

4 施工方法

4.1 超前管棚施工

超前管棚尾部連接專用工具，采用YT-28 鑿巖機震動打入松散圍巖中。遇有較硬巖石采用鑿巖機鉆眼后，人工或機械打入圍巖。

4.2 化學注漿

采用2TGZ-60/210 型雙液注漿泵注漿。漿液采用A、B漿液混合注漿。

超前管棚安裝中及時安裝封孔裝置。尾部連接注漿管，注漿管路連接好后必須進行壓漿試驗，以檢查和確定注漿設備及管路的有效性和可靠性。并在壓漿試驗中注意觀察材料混合比例，保證注漿效果。

4.3 掘進施工

32104 工作面切眼采取由西向東導硐（老塘側）管通施工，由東向西二次刷擴成巷（回采側）法。采用綜掘機配合兩部40T 刮板機接力出煤。

①頂板完整、穩定時切割前將掘進機開至巷道中間，在底板上0.8m 位置進刀，從左向右、從下向上沿“S”型路線來回截割，先切割1-2 路線，再切割3-4 路線成型。如巷道底角采用綜掘機刷幫不到位，可采用風鎬配合刷幫成型。見圖2 和圖3。

圖2 32104 工作面切眼頂板較好導硐切割示意圖

圖3 32104 工作面切眼頂板較好二次刷擴切割示意圖

②頂板穩定性較差時采用中間留設煤柱切割方法施工，切割作業時分三步截割。第一步先施工兩幫1、2 路線，切割完成后架設棚腿，第二步施工頂部3、4 路線，架設棚梁，最后切割中間預留煤柱部分5、7 路線。見圖4 和圖5。

圖4 32104 工作面切眼頂板較差導硐切割示意圖

圖5 32104 工作面切眼頂板較差二次刷擴切割示意圖

4.4 臨時支護

臨時支護選用前探梁，所用材料為：直徑Φ89×4mm無縫鋼管，長度3.2m，每組4 根，頂板完整、穩定施工時前探梁均勻布置；頂板穩定性較差時采取中間預留煤柱切割方法施工前探梁分別位于巷道中線左右各1.2、1.7m 位置，每根前探梁使用3 道錨鏈固定。

4.5 導硐支護

①工作面截割出切眼導硐全斷面或兩側棚腿位置后；安全確認、敷設金屬網片、安裝臨時支護；檢查切眼切割規格尺寸，中線至巷道兩幫各2320mm（頂部掘進尺寸）、2874mm（底腳掘進尺寸），按照中線、煤層底板標定出兩幫柱腿、柱窩部位。

②施工兩幫柱腿、柱窩。采用人工手鎬或風鎬施工棚腿及棚窩部位，挖設好后先掛設幫部網片，進行施工兩幫棚腿，為防止棚腿傾倒，采取φ50mm 鋼管進行聯鎖，工作面安裝的棚腿與后方已施工好的棚腿連接成一體。

③架設工字鋼支架。支架棚梁與棚腿搭接、安裝頂聯鎖器時，人員站在鋼管焊接的馬凳上進行，馬凳采用φ57mm 鋼管、φ20mm 螺紋鋼、φ6mm 的雙層鋼筋網片焊接加工而成，馬凳上、下寬（1000+1200）×上、下長（700×1000）×1500mm 高，每次上馬凳前，首先檢查馬蹬是否牢固，確認無安全風險后方可作業，作業時要由班長統一指揮，安監人員站在安全地點負責安全專盯工作，防止人員踩空造成人員受傷。

④采用1000×200×50mm 方木背幫背頂，頂部布置6根，幫部布置4 根，頂部木背板間距750mm（中—中）、幫部木背板間距750mm（中—中）錯茬布置，嚴禁隨意擺放，保證成排成線。

4.6 二次刷擴支護

32104 切眼掘進時，導硐和二次刷擴成巷斷面尺寸相同。導硐（老塘側）斷面支護，頂梁長度為4640mm，棚腿長度為3500mm。二次刷擴（回采側） 時，棚梁長度為4920mm，棚腿長度為3500mm。架設方法同導硐施工。

4.7 換腿成巷

二次刷擴時，每架設5 架棚后，更換一次單體+π 型梁支護，拆除導硐時切眼中棚腿，將拆除的棚腿循環使用。采用3.5m 單體支柱加強支護，在鋼梁搭接處打設單體+π 型梁支護，掘進距離夠4m 后，距離偏中線左幫1.6m 位置打設單體＋π 型梁支護，打設單體時初撐力不宜過大，以π型梁接頂稍微受力顯現即可，以防破壞頂梁受力結構，同時π 型梁與棚梁縫隙采用木楔背牢，依次類推。

若切眼內存在明顯側壓地段，采取棚腿限位措施固定，每架棚腿采用兩根φ20×2000 螺紋鋼錨桿配合自制卡板（長300×寬150×厚10mm）距棚梁牙口500mm 位置進行鎖腿加固。打設錨桿采用ZQST-50/2.5S 風煤鉆配合2.0m 麻花鉆桿打眼施工，每根錨桿使用一支CKa2335、一支K2360 樹脂錨固劑錨固。

從1999—2008年，國土資源部在地質災害易發的1 640個丘陵山區縣部署完成了1∶20萬比例尺地質災害調查，查出24萬處隱患點。這只是初步摸底，此項工作還應進一步推進。災害風險評估是將災害防治工作前移，從根本上預防風險，是現代風險管理的本質，需要政府主管部門具有前瞻性、超前意識和長遠意識。

拆除棚腿工藝：單體液壓支柱+π 型梁打設完成后，拆除原導硐架設的右側棚腿。拆除棚腿時在棚腿柱窩部位使用風鎬下挖柱窩，將棚腿由下往外抽出，嚴禁不下挖柱窩強拉硬扯拆腿施工，拆除的棚腿放置在導硐側巷道內，便于二次刷擴架棚時使用。

因二次刷擴幫棚梁長度為4920mm，二次刷擴掘進架棚與導硐已架設好的棚梁交錯布置。每次掘進遵循“短掘短支、錯排支護”的原則施工。永久支護距工作面的距離不超過300mm。

5 巷道頂板觀測情況

切眼導硐施工時安設YHW300 本安型頂板離層儀，該頂板離層儀安裝深度淺點3m，深點8m。頂板離層儀間距30m，頂板離層儀距離工作面不得超過40m。安裝好的頂板離層儀，在3 天內由專人每天負責觀測并記錄、分析數據，3 天后每周觀測一次。發現頂板離層值超過50mm時，要停止掘進，采取加固措施；離層值大于100mm 時，必須撤人；頂板來壓造成棚梁彎曲，及時匯報礦總工程師，制定處理措施，保證施工安全。

在切眼施工中專人觀測頂板離層數據及時收集、整理，通過分析離層數據的變化規律，解析頂板破碎和下沉情況，對超出警戒數據的位置及時采取了正確的加固措施，實現了切眼安全施工。

6 安全技術措施

6.1 防冒頂、防片幫安全技術措施

①嚴格執行“頂板管理”制度，施工人員進入工作面前，班組長必須首先進行敲幫問頂工作，找凈活矸危巖，確認無危險后，方可允許人員進入工作面。找頂（幫）工作要有兩人配合作業，一人找頂、一人觀頂，找頂時要使用長柄專用工具站在安全地點，由輕而重，由后而前逐片進行。與找頂（幫）工作無關人員要遠離找頂（幫）現場。

②臨時支護必須緊跟工作面，嚴格控制頂（幫）距離。永久支護作業必須在有臨時支護的掩護下進行，永久支護距工作面不得超過0.3m。

③巷道施工過程中，對頂（幫）壓力顯現地段，要建立頂、幫位移量檢測，并按規定進行觀測，為開拓工作面頂板管理提供可參考的技術資料。

④切割完畢后要及時將頂、幫活煤找凈后，在臨時支護下由外向里進行永久支護，永久支護必須符合質量要求，永久支護未施工完畢，嚴禁進行下一循環施工。

⑤架棚支護的棚距、岔角、柱窩、扭矩、水平度、迎山角、連鎖、背幫背頂必須符合設計要求；所有架設鋼棚必須統一編號管理，做到責任到人。

6.2 架棚施工安全技術措施

①當進行支架作業時，必須由專人統一指揮，由外向里逐架進行，當一架支好后及時用聯鎖器固定，防止支架歪倒傷人，工作時人員要站在坡的上方。

②人員運送支架時必須由專人指揮，統一口號，所有人員要拿穩抓牢，防止擠手、滑落傷人，抬起和下放時必須緩慢起落。

③上工字鋼梁時，必須分工明確，并有專人統一指揮協調，兩人同時抬梁，兩人同時扶棚腿。

④工作面工字鋼棚梁與棚腿搭接、安裝頂聯鎖器時，人員嚴禁站在綜掘機截割頭上施工。

⑤架設工字鋼時，工作人員要佩戴好膠皮手套，防止工字鋼上的鐵屑或毛邊劃傷手。

⑥采用木垛接頂前，先找掉活矸危巖，設專人觀察頂板情況，如有冒落現象，及時通知施工人員撤離，搭設木垛時施工人員必須站在安全地點進行。

7 實施效果

韓咀煤礦32104 工作面切眼和32106 工作面切眼均在采空區下及在采空區煤柱下施工，通過采取礦壓監測，支護設計，分次掘進施工等措施，安全、順利地完成了采空區下切眼施工。

該施工方案形成了一套完善的整合礦井采空區下掘進切眼施工技術。在地質資料不詳、老空巷道分部無規則，切眼跨度大、老空區下頂板極不穩定等因素的技改整合礦井，使用老空區下切眼施工方案，實現了安全生產。