綜采工作面快速過老巷聯合支護技術應用

武炎龍

（山西新村煤業有限公司，山西 長治 046000）

老礦井或資源整合礦井由于建井初期設計存在問題，經常在回采區域遺留老巷或遇到老窯老巷，由于老巷原有穩定的圍巖結構已經被破壞，在工作面回采期間疊加超前應力經常會出現片幫冒頂、應力集中的情況，給工作面支架安全和回采效率帶來較大影響[1]。然而，由于老巷的布局、支護方式、用途和廢棄時間等各不相同，給老巷處理帶來較大的困難。特別是現在的綜采設備體積龐大、系統復雜，對地質條件和生產條件要求較高，回采過程中一旦由于超前支承應力疊加老巷破碎帶，發生大范圍的冒頂或后期應力集中導致支架壓死，會對綜采工作面產生嚴重的影響，如果不加以處理，甚至會造成工作面無法正常通過老巷區域[2]。

利用化學材料對老巷頂板進行注漿加固或利用塑性材料對老巷進行填充是常用的過老巷處理方法[3]，主要針對老巷頂板巖層變形較嚴重，存在垮冒風險的情況。基于此，以山西新村煤業有限公司15111 綜采工作面過廢棄老巷為例，根據老巷的實際地質條件，提出利用補強支護和高分子材料注漿加固方法對老巷進行治理。

1 工程概況

新村煤業151 采區15111 工作面所處水平為+1090 m 水平，工作面標高為+1 058～+1 098 m，走向平均長度1 029 m，傾斜長度160.5～150 m，面積157 437 m2。工作面北為西膠帶巷，南為井田邊界，西為153 采區，東部為15109 工作面采空區。工作面采用U 形通風方式。開采煤層屬于石炭系上統太原組的15#煤層，煤層平均厚度2.92 m，傾角4°，煤層局部夾0～2 層夾矸，結構簡單，煤厚變異較小，全區可采，賦存穩定。工作面采用綜采一次采全高回采工藝，全部垮落法管理頂板。

15111 工作面存在老巷，為原151 采區變電所，該巷道貫穿15111 工作面進、回風順槽，全風壓通風，巷道凈寬4.3 m，凈高2.6 m，采用錨噴支護，巷道長度165 m，體積1 844.3 m3，平均坡度3°28′06″，與15111 回風順槽斜交布置，夾角104°47′24″，巷道標高為+1 058～+1 068 m（進風順槽口側高、回風順槽口側低），15111 工作面老巷41 m 處右側平行10 m 為原飛馬煤礦廢棄井筒，井筒凈直徑3 m，料石砌碹，采用黃土、矸石進行回填夯實，和部分與井筒連接為原井底車場及大巷，舊巷由于年久失修，局部存在頂板裂隙甚至冒頂的情況。15111 工作面老巷位置如圖1 所示。

為防止在工作面推進至該老巷時頂板大面積冒落，造成工作面前后采空支架出現壓死現象，在15111 工作面推進至該老巷前需對15111 工作面老巷進行治理，保證15111 工作面在推進過程中綜采支架有效接頂，確保回采安全。

2 廢棄老巷聯合支護方案

據回采期間觀察，15111 工作面礦壓顯現不明顯，且超前支承應力不顯著，為老巷改造提供了有利條件。在支護方案選擇上，若采用墩柱式支護或高水材料填充能夠達到加固要求，但存在成本高、工期長等問題[4-5]。所以，按照老巷頂板破壞程度將老巷劃分為裂隙發育段和垮冒段，并分別對其進行錨網索支護和高分子注漿加固支護。

2.1 錨網索支護

本次錨網索支護中，錨桿材質為螺紋鋼φ18 mm×2 200 mm，設計間排距為800 mm×800 mm，端頭采用錨固劑3 根，錨桿預緊力不低于100 kN；錨索采用鋼絞線錨索，φ15.4 mm×5 000 mm，設計在老巷頂板正中位置，間距2 000 mm，端頭選擇4支錨固劑；鋼筋網間距為100 mm，鋼筋直徑為6 mm，兩張鋼筋網壓茬200 mm，采用鐵絲牢固連接，如圖2 所示。

2.2 高分子注漿加固

本次選擇的注漿加固材料是馬麗散，其具有反應快、膨脹率高、裂隙填充效果好等特點。注漿現場配備氣動注漿泵和混合槍一套。馬麗散流動性較好，在注入老巷頂板后可以在高壓作用下沿裂隙運移，并將破碎巖體粘合在一起，其本身具有膨脹性能，在無水狀態下膨脹率2～4 倍，遇水狀態下膨脹率可超過20 倍，從而使圍巖形成一個整體結構，提高圍巖的穩定性，使其抗壓強度可提高至30 MPa 以上。

3 工作面過老巷技術方案

15111 工作面過老巷加強支護工期設計為5 天，要求其能夠在工作面回采至老巷前施工結束，同時保證高分子材料有足夠的凝固時間和凝固強度。

3.1 施工準備

（1）打開老巷。在工作面回采至老巷前100 m時，將老巷啟封。啟封前后按照要求對老巷內的積水和有害氣體進行排除，并對風量進行調節，保證具備注漿加固的施工條件。

（2）施工材料準備。老巷打開并具備施工條件后，連接好風水管路、壓風等設施，在老巷口的上風側放置注漿材料和其他施工材料，安裝注漿泵，并連接高壓軟管，為后續注漿加固做好準備工作。

3.2 錨網索支護

老巷頂板和兩幫破壞程度較低，圍巖具有基本完整性的部分可采用錨網索支護，支護工作由外向里依次進行。支護時要做好敲幫問頂工作，及時打掉活矸。錨網索支護前要做好超前臨時支護，頂板采用前探梁木板支護，幫部采用π 型梁和單體柱支護。根據對老巷現場情況的勘察，本次錨網索支護長度約為120 m。

3.3 老巷頂板注漿加固

老巷頂板破壞較嚴重，存在冒頂以及裂隙發育的地段僅靠錨網索支護無法達到預期效果，需要對其頂板進行注漿加固。在進行注漿加固前首先加強附近臨時支護，必要時對巷道進行預噴漿處理，以減少漏漿量。頂板注漿加固流程為：注漿孔設計、施工、固定注漿槍并注漿、漿液凝固、依次施工其他鉆孔、清洗注漿設備設施。注漿之前要對設備進行檢查，確保各部分能夠正常運行。注漿管路結構如圖3 所示。

圖3 注漿管路結構

本次注漿加固鉆孔直徑為42 mm，根據對現場頂板裂隙發育和垮落情況進行分析，在裂隙較發育段，設計鉆孔施工位置距離裂隙區3 m，終孔間距2 m，主要通過注漿對巖層進行加固，形成整體結構，施工方向與巷道方位一致。在頂板垮落區域，設計鉆孔距離垮落區2 m，終孔間距1 m，主要時對垮落形成的空間進行有效填充，施工方向為扇形布置。根據現場施工情況可以對施工設計進行調整，以降低注漿成本和提高注漿效率。老巷治理鉆孔設計如圖4 所示。

圖4 老巷治理鉆孔設計

頂板裂隙加固鉆孔施工當壓力上升至5 MPa時即可停止注漿。間隔1 小時可繼續進行充填鉆孔施工。在施工期間要注意觀察現場注漿壓力、流量和頂板漏漿情況，隨時調整壓力，確保注漿材料最大限度進入破碎巖體內部，提高固結效果。注漿加固結束后，對部分區域再進行錨網索支護，提高支護效果。

4 效果分析

在對15111 工作面內不同破壞程度的老巷采取有針對性的注漿加固、填充和錨網索支護后，在老巷內以50 m 為間距設置了4 組頂板壓力觀測站，并每天對頂板來壓數據進行觀測，老巷頂板最大離層值為152 mm，變形量可控。實踐證明，在對老巷進行加固后，老巷圍巖的穩定性明顯提升，在工作面超前支承應力作用下，頂板圍巖沒有出現大規模破壞，工作面以正常速度順利通過老巷，過巷期間未出現大面積冒頂和應力集中現象。

5 結語

15111 工作面內部存在廢棄多年的老巷，原支護存在部分失效的情況，老巷頂板局部破碎、垮落，影響工作面回采安全。對老巷頂板的破壞程度進行分析后，將老巷頂板劃分為裂隙發育區和垮落區，并有針對性地采取錨網索支護、高分子材料注漿加固支護方案。通過加強支護，使老巷頂板破碎圍巖固結，并提高圍巖的穩定性和整體性。在工作面回采通過老巷過程中未發生大面積來壓和片幫冒頂現象，確保了工作面回采安全。該方案用時較短、施工簡單、成本較低，可在相同條件下進行推廣。