近距離煤層上覆煤柱及采空區下巷道支護的研究

張雪峰

（山西新景礦煤業有限責任公司，山西 陽泉 045000）

1 概 況

新景礦9 號煤層9109 工作面地表位于深腳河以東，蘆湖梁以南，蘆南風井及蘆湖溝以西，桃河以北，屬山坡、山梁、溝谷地段。井下位于9 號煤蘆南區北翼東部，東為蘆南風井及蘆南新建副立井，南為9108 工作面（已采）、9109 工作面（正掘），西為9115 工作面（未掘），北為蘆北風井。工作面上覆3 號煤層71114、71116、71118 工作面已開采，6 號煤層不可采，8 號煤層2110、2112、2114、2116 工作面已采；下伏12、13、15 號煤層均未開采。

9109 工作面地面標高890—1 048 m，工作面標高478—525 m，蓋山厚度379～540 m，煤層傾角3°~ 13°，平均8°；煤層厚度1.99～3.1 m，平均厚度為2.52 m；工作面所掘9 號煤層賦存較穩定，厚度變化較大，結構中等，屬中灰、中硫、中磷的無煙煤，煤層以半亮煤為主，內生裂隙發育。

9109 工作面回風巷及瓦斯治理巷西部為一傾向SW 的單斜構造，煤層傾角6°~14°；東部為一軸向NW 的背斜構造，煤層傾角3°~10°。

根據上覆3 號、8 號煤層采掘資料綜合分析，回風巷及瓦斯治理巷開口向東掘進630 m 時可能揭露陷落柱，也可能揭露其它伴生地質構造。

9 號煤層預計絕對瓦斯涌出量0.78 m3/min，煤塵無爆炸危險性，自燃傾向性等級為Ⅲ類，屬不易自燃煤層，平均地溫梯度值為1.6～2 ℃/hm，屬地溫地壓正常區，無高溫熱害。

9109 工作面回風巷及瓦斯治理巷開采9 號煤層沿9 號煤頂板掘進，回風巷及瓦斯治理巷采用梯形斷面，上口凈寬3.2 m，荒寬3.58 m，下口凈寬4.3 m，荒寬4.668 m，巷道凈高2.72 m，荒高2.9 m。兩巷煤柱寬度為10 m，橫貫采用梯形斷面，上口凈寬2.0 m，荒寬2.38 m，下口凈寬3.3 m，荒寬3.668 m，巷道凈高2.62 m，荒高2.8 m。

工作面煤層直接頂為砂質泥巖，與上覆8 號煤層間距較小，在2.70~7.00 m，平均約4.22 m，為近距離煤層，詳見表1。

表1 9109 工作面頂底板情況Table 1 Roof and floor situation of 9109 working face

2 巷道支護方式

2.1 順槽巷道支護方式

9109 回風巷及瓦斯治理巷采用梯形斷面，頂部支護采用錨桿（錨索） +經緯網+W 鋼帶+梯形金屬棚聯合支護。梯形鐵棚采用11 號礦用工字鋼定制，梯形棚上口凈寬3.2 m，荒寬3.58 m，下口凈寬4.3 m，荒寬4.668 m，棚腿與水平面夾角為78°。頂部采用“井”字勾盤，幫部采用插花勾盤，背板使用φ140 mm×1 000 mm 兩開木，背板兩頭超出工字鋼50 mm，背板要與工字鋼（棚梁及棚腿） 成90°擺放。

2.1.1 采空區下支護方式

頂部支護采用錨桿+經緯網+W 鋼帶+梯形金屬棚聯合支護，梯形棚棚距為1 000 mm。

頂錨桿選用500 號φ20 mm×2 000 mm 的左旋無縱筋螺紋鋼錨桿，桿尾螺紋為M22，每排布置5 根，間距770 mm，排距為800 mm。

幫錨桿選用500 號φ20 mm×2 000 mm 的左旋無縱筋螺紋鋼錨桿，桿尾螺紋為M22，間距800 mm，排距為900 mm，最上一排距頂板300 mm，最下一排距離底板800 mm。

2.1.2 過上覆空巷期間及前后5 m 巷道支護方式

采用錨桿+ 經緯網+W 鋼帶+ 梯形金屬棚聯合支護，鋼帶選用3 400mm 的5 眼鋼帶，頂錨桿選用500 號φ20 mm×2 000 mm 的左旋無縱筋螺紋鋼錨桿，桿尾螺紋為M22，每排布置5 根，間距770 mm，排距為800 mm。幫錨桿排距為900 mm，間距800 mm，左右兩幫各布置3 根錨桿，最上一排距頂板300 mm，最下一排距離底板不大于800 mm。

梯形棚棚距為800 mm。

2.1.3 煤柱下過巷前后5 m 巷道支護方式

采用錨索+W 鋼帶+ 經緯網+ 梯形棚聯合支護。鋼帶選用3 400 mm 的5 眼鋼帶，頂錨索選用φ21.6 mm×8 200 mm，每排布置5 根，間距770 mm，排距為800 mm。幫錨桿排距為900 mm，間距800 mm，左右兩幫各布置3 根錨桿，最上一排距頂板300 mm，最下一排距離底板不大于800 mm。

梯形棚棚距為800 mm。

2.1.4 過煤柱期間巷道支護方式

過煤柱期間采用錨索+W 鋼帶+經緯網+梯形棚聯合支護。鋼帶選用3 400 mm 的5 眼鋼帶，頂錨索選用φ21.6 mm×8 200 mm，每排布置5 根，間距770 mm，排距為800 mm。幫錨桿排距為900 mm，間距800 mm，左右兩幫各布置3 根錨桿，最上一排距頂板300 mm，最下一排距離底板不大于800 mm。

梯形棚棚距為1 000 mm。

2.1.5 巷道層間距不足2 m 時支護方式

9109 回風巷、瓦斯治理巷在層間距大于2 m但小于6 m 時，采用錨桿+經緯網+W 鋼帶+套支梯形棚聯合支護，排距800 mm，棚距1 000 mm，頂板破碎時縮小棚距施工。層間距不足2 m時，采用錨桿+經緯網+W 鋼帶+套支梯形棚聯合支護，幫部支護方式為錨桿+經緯網+W 鋼護板聯合支護，頂錨桿排距600 mm，幫錨桿間距600 mm，棚距600 mm。頂部更換為長度1.8 m 的錨桿施工，保證錨桿錨注合格。

2.2 交岔口處支護方式

交岔口施工時，將原順槽巷道內位于開口處的梯形棚逐架更換為木棚并支設抬棚（抬棚棚腿基礎為200 mm），在抬棚前后5 m 范圍內棚梁下合適位置支設加強木柱。支設木柱（加強木柱）后，將交岔點處及前后5 m 范圍內的棚梁棚腿及木柱用鐵絲和防倒繩與頂板固定牢靠。具體布置方式如圖1 所示。

圖1 木棚及抬棚設計支護Fig.1 Design support of timber shed and lifting shed

3 支棚安全技術措施

3.1 支設抬棚安全技術措施

（1） 支棚段開口、透口處施工，在巷道原支設梯形金屬棚之間支設木棚進行支護。在交叉口處及前后5 m 范圍內梯形棚梁和木棚梁下距煤柱幫500 mm 位置貼幫木柱、巷中支設中路柱，挖好柱窩、保證每根木柱起到作用，并在交岔點處的棚梁棚腿及木柱用鐵絲或防倒繩與頂板固定牢靠。

（2） 回棚腿時，先將棚上方的活矸危石處理干凈，重新構盤好頂板后，方可回棚腿，逐架拆掉開口處梯形棚及木棚的棚腿，回完一架后，重新觀察頂幫，無異常后再繼續回腿。

（3） 回腿后，挖抬棚基礎，支設抬棚，支棚時，先立好棚腿，棚梁用導鏈起吊安裝，抬棚上口寬5.0 m，下口寬6.0 m，木抬棚高2.7 m，木抬棚棚腿基礎200 mm。

（4） 抬棚棚腿必須支在實底上，抬棚支設必須保證梁、腿接合嚴密吻合，在腿上距梁腿接口0.5 m 處各釘一道大鈀鋸，梁腿里外接口處各釘一道小鈀鋸，鈀鋸必須固定牢固；木棚要砍合適的凹口進行搭接；抬棚棚梁與木棚、梯形棚梁間頂幫構盤維護好。

（5） 支設起抬棚后，再支設鎖扣棚，鎖口棚數量根據現場地質條件合理支設。

（6） 支棚時要防止合楞、吊口，后空后硬，偏肩射箭，前闖后翻。

（7） 木棚及鎖口棚要采用木背板花背構盤，頂幫要構盤密實。木棚及鎖口棚支起后，在腿、梁結合處兩側各用鈀鋸將棚腿梁固定。木棚及鎖扣棚棚距800 mm，棚梁之間使用鈀鋸、撐木固定，棚退之間使用鈀鋸固定。棚梁固定3 道鈀鋸（在梁正中及梁頭各一道鈀鋸），棚退之間每側固定2 道鈀鋸，間距1 m。

（8） 貫通后將透口側頂幫維護好，先將方透口側的活矸危石處理干凈，并重新構盤好頂板后，方可回棚腿，棚腿要回完一架后，重新觀察頂幫，無異常后再繼續回腿。

（9） 木棚支護要求。

支設木棚時，要相互配合，注意觀察周邊情況，預防發生磕碰情況。支設木棚起吊棚梁時，連接環戴鎖具固定在錨索上做導鏈固定環，起吊棚梁要用2 部導鏈分別起吊棚梁兩頭，棚梁要用編制的繩環起吊，嚴禁用鉛絲或單股鋼絲繩起吊棚梁。在起吊過程中，無關人員嚴禁在棚梁附近及下方逗留。木棚要采用木背板花背構盤，頂幫要構盤密實。木棚支起后，在腿、梁結合處兩側各用200 mm 長扒鋸將棚腿梁固定住。木棚采用扒鋸做拉鉤，在梁正中及梁頭各一道扒鋸，在棚腿中部一道，撐木打在梁頭處。

3.2 支設木棚安全技術措施

（1） 頂部背板為井字形構盤，幫部背板為插花構盤。棚梁上空頂部分用破板井字形構盤接頂并用木楔背緊，兩幫用背板充填飽滿。

（2） 棚腿基礎深度為100 mm，支架腿必須下到實底，底板松軟或煤層時，要及時穿鞋。

（3） 棚梁上空頂部分用破板井字形構盤接頂并用木楔背緊，兩幫用矸石充填飽滿。

（4） 棚與棚之間“五拉兩撐”必須齊全，嚴禁出現前傾后仰、射肩、順肩等不合格現象。支棚時要有迎山角，傾斜巷道每增加5°支架迎山角增加1°。

（5） 若幫部圍巖較破碎時，根據幫部圍巖情況掛滿經緯網。

（6） 支棚時必須搭設牢固可靠的工作平臺，平臺用φ200 mm 的圓木柱和橫梁，用雙股8 號鐵絲捆綁，不少于3 圈并綁扎牢固，梁上鋪不小于50 mm 厚架板，施工人員在架上作業。工作平臺必須搭設牢固可靠，施工人員上臺作業前，必須經相關負責人員檢查，無問題后，方可上臺作業，架上作業時，退路必須暢通。操作人員站在上面操作，操作過程中嚴禁有人在作業點5 m 范圍內來回走動。

（7） 支棚工作不少于5 人操作，2 人扶腿，3人平臺上棚梁。

（8） 若支棚段頂板破碎，需對頂板進行加強支護，支設一排中路柱。木柱支設在棚梁下，緊跟掘進機橋架后。木柱支設時不得少于3 人作業，打柱時，先處理干凈頂板活矸，刨好柱窩，然后立柱，安排專人扶好柱，打錘時不得用力過猛，注意前后人員，保持一定安全距離。

（9） 嚴格執行敲幫問頂制度，幫部支護必須緊跟煤頭，掘一排支一架，支棚嚴禁滯后。

4 支護效果

9109 工作面掘進巷道棚式支護的現場支護效果如圖2 所示。

圖2 9109 工作面掘進巷道棚式支護的現場支護效果Fig.2 Field support effect of shed support in heading roadway of 9109 working face

圖2（a）、圖2（b） 為支棚巷道，棚距為800 mm 時，梯形金屬棚支護效果圖，棚腿出現踢腿、外鼓現象；圖2（c）、圖2（d） 為棚距為1 000 mm 時梯形金屬棚支護效果圖，梯形棚棚梁和棚腿出現嚴重彎曲。從現場實際經驗得知，巷道在近距離煤層下掘進采用棚式支護時，梯形棚棚距800 mm 時支護效果最佳，頂幫來壓時可在棚梁下方合適位置支設木柱進行加強支護，棚腿可在下部打設幫錨索進行加強支護。

5 結 語

綜上所述，近距離煤層掘進巷道的安全開采，新景礦在上覆8 號煤采空區及煤柱下開采9 號煤，順槽巷道最優支護方式為錨桿（錨索） +經緯網+W 鋼帶+梯形金屬棚聯合支護，梯形棚距最優為800 mm。交岔口支護方式為支設木棚及抬棚進行支護。若支棚段頂板破碎，需對頂板進行加強支護，支設一排中路柱，木柱支設在棚梁下合適位置。其次在掘進過程中，頂板層間距小于錨桿支護長度，要求每個生產班必須及時探測層間距，根據層間距合理選擇支護方式。每班進行層間距的探測，必須堅持濕式打眼，打眼時先送水后開鉆，嚴禁無水開鉆。當探測實際層間距小于2 m時，要將孔眼進行封堵，以免上覆采空區有害氣體涌出。此次研究為采空區下掘進巷道安全開采提供了經驗借鑒。