文志祥 周忠国 张孟军 丁正付 刘建 陈虎

（四川省华蓥山煤业股份有限公司绿水洞煤矿，四川华蓥 638600）

0.引言

绿水洞煤矿于1981年12月底建成投产，开采K1煤层，设计生产能力60万吨/年，核定生产能力110万吨/年。矿井为煤与瓦斯突出矿井，煤层具有自然发火倾向（Ⅱ类），发火期为65d，煤尘具有爆炸危险性，爆炸性指数为24.63%，矿井水文地质类型属于复杂类型，无冲击地压，地温正常，矿井地质构造复杂，断层、陷落柱发育，对采区以及采掘工作面布置和回采具有较大影响。矿井313采区非常具有代表性，313采区位于龙王洞背斜东翼，分两翼进行开采，南翼在F44逆断层以南，布置的采煤工作面（3132工作面、3134工作面）已回采结束，北翼南靠F44逆断层，北靠F45平移断层，上部为龙王洞背斜轴部，下部为F201逆断层影响带，北部+790m水平以下标高+740m，南部F44以南位于5131、5132工作面以下，南端从3-1号勘探线以南320m起，北至6号勘探线止，采区标高+740m～+350m，对应地面标高+865～+1022m，相对高差282m～672m，采区走向长度约2700m，倾斜长度300～710m。在地质条件复杂区域，矿井掘进煤层回采巷道过程经常会遇到煤层松软或断层等构造地段出现垮冒，随着煤炭大量垮落形成空洞和高冒区域，严重时甚至出现顶板垮落现象，大量瓦斯涌出造成掘进工作面瓦斯超限，给作业人员带来安全威胁，必须立即停止作业撤人，不利于矿井安全管理和生产作业。对松软煤层及地质构造区域的回采巷道进行超前治理和有效处理，就显得尤为重要[1-6]。

1.技术方案

通过对在底板瓦斯抽采巷施工的地质钻孔和穿层瓦斯抽采钻孔进行分析，结合周边已揭露区域地质情况，掌握回采巷道的地质条件，包括煤层赋存、构造等情况，修正煤层底板等高线，绘制巷道剖面图，编制掘进工作面地质说明书；回采巷道掘进前采取超前注浆加固等措施对异常或构造区域进行处理，为后续巷道掘进创造条件；掘进至煤层松软或断层等地质构造采取超前支护措施，提前加固，若措施失效造成巷道出现垮冒、高冒的，立即停头进行处理，防止掘进工作面进一步垮冒情况恶化；对形成高冒的区域进行喷浆和注浆充填，经效果检验合格后恢复掘进工作面正常掘进。

2.关键技术

2.1 预判分析

地质先行，通过已有的钻孔成果进行认真分析，包括施工的地质钻孔和瓦斯抽采钻孔，掌握待掘回采巷道的地质情况，分析规律，了解掘进工作面煤层产状（走向、倾向、倾角）、煤层厚度、起伏、断层等构造情况，掌握掘进工作面瓦斯抽采情况及抽采薄弱区域范围。对待掘回采巷道周边已经揭露的区域地质情况进行综合分析，推断相关地质情况变化和影响范围。通过预判和分析准确掌握掘进工作面地质条件变化区间，做好相关风险研判，制订相应管控措施，提前准备相关技术方案、支护材料。

回采巷道掘进采取超前物探措施或按要求采用架柱式钻机施工超前钻孔，保证超前距不小于10m，对掘进工作面前方地质构造情况进一步探明。在条件允许的情况下，也可以采用槽波地震勘探技术对煤层赋存及面内构造情况进行探测。

2.2 超前治理

（1）通过底板瓦斯抽采巷超前对松软煤体或构造地段进行加固处理。通过在底板瓦斯抽采巷利用已经施工好的穿层瓦斯抽采钻孔或采用ZDY4000S型全液压坑道式钻机重新施工钻孔（孔径87mm），然后向孔内下DN50注浆管并进行封孔处理，封孔长度至少6m，向待掘回采巷道进行注浆加固，采用注水泥浆或矿用无机加固材料的方式。

（2）通过掘进工作面碛头进行超前支护。采用DN25白铁管（长度不低于3m）向碛头施工超前管棚，当采用DN25白铁管无法满足现场需要时，采用15kg废旧钢轨或11号矿用工字钢，长度4.0m～4.5m向碛头配“U”型卡与现架料支护梁子连成整体，间距不大于0.1m，超前管棚前端削尖处理，末端靠在金属防倒支架梁头上，梁头上放置方木或踩子板，采用12号铁丝将管棚及方木踩子板固定在梁头上。若煤体相当松软时，则采取注浆加固处理，采用BW-250型泥浆泵或封孔注浆泵注水泥浆固化煤体，或者采用双液注浆泵注入矿用无机加固材料，使掘进工作面前方煤体固化。

2.3 垮冒处理

（1）工艺流程：对掘进工作面进行安全检查和隐患排查，开展“敲帮问顶”工作→采用木板在掘进机截割部位置对煤矸进行封挡（碛头退后第三架锚棚支架处），防止煤炭继续下滑→采用风煤钻配螺旋钻杆或湿式凿岩机配5m钎子从锚棚支架梁子处向碛头施工至实体煤（钻杆和钎子不取）→在锚棚支架与金属防倒支架间向碛头斜向施工密集超前管棚（同步底板瓦斯抽采巷对应位置施工穿层钻孔或利用已有的钻孔对空洞内瓦斯进行抽采）→高冒区预埋喷浆管→瓦斯检查→对高冒区进行喷浆充填→采用封孔注浆泵对超前管棚顶部松散煤体注水泥浆固化→待凝固检验后出煤矸→临时支护→架设梯形支架、背帮背顶→对新架设的支架下侧进行喷浆封堵（可先采用黄泥等对较大的缝隙进行堵漏，再对其表面进行喷浆支护）→通过底抽巷施工的穿层钻孔注粉煤灰充填（若底抽巷注浆效果不好，则调整至回采巷道碛头进行注浆）。

（2）煤矸封挡：当掘进机没有来得及退出来时，在掘进机截割部位置采用1～2块适当长度木板进行封挡，防止煤矸继续下滑，在木板外均匀往下插入两根钻钎。

（3）初始管棚：采用风煤钻配螺旋钻杆或湿式凿岩机配5m钎子从锚棚支架梁子处以仰角10°～25°向碛头施工至实体煤（进入实体煤层不低于1m），钻杆或钎子直接不取，均匀布置5组，间距0.4m。

（4）密集管棚：在锚棚支架与金属防倒支架间以仰角10°～30°采用DN25白铁管（长度不低于3m）向碛头刹刁，间距不大于0.1m，尽量做到密集施工，管棚前端削尖处理，末端靠在金属防倒支架梁头上。若高冒区内堆积的煤炭在清收时全部垮空，则在碛头采用15kg钢轨施工密集抬棚，钢轨的末端采用圆钢卡固定在补架的金属防倒支架梁子上面，支架至少保证2～3架，钢轨前端插入煤体中，在钢轨上方铺设钢筋网片及袋装珍珠岩作为缓冲垫层，对金属防倒支架与锚棚支架间采用方木架设木垛绞紧锁口处理，防止密集抬棚被砸翘。

（5）喷浆封闭：在高冒段位置预埋3组喷浆管，喷浆管采用DN50带盘的3m～4m铁管。经底板瓦斯抽采巷穿层钻孔对高冒段瓦斯抽采至允许浓度（甲烷浓度低于0.5%）后对碛头高冒区进行喷浆支护，喷浆厚度为0.8m～1.0m，强度等级为M15，喷浆采用P.O42.5R普通硅酸盐水泥，石粉采用坚硬的碎石，碎石粒径不得大于6mm，其中碎石应保持清洁，不得混进杂质或含有粘土等，搅拌物料时，速凝剂采用“红星一型”掺量为水泥重量的2.5%～4%，要求在3min～5min内初凝，10min内终凝，水泥及石粉配合比为水泥：石粉＝1:3.5，水灰比为0.4～0.45，采用凿岩机或锚杆机施工钻眼检测喷浆厚度。

（6）注浆加固：对超前管棚顶部与喷浆充填垫层之间松散煤体采用BW-250型泥浆泵或封孔注浆泵注水泥浆固化。通过注浆管（端部为筛管）插入松散煤体后注水泥浆，保证在架料顶部形成一层厚度不小于0.8m的稳固层，采用锚杆钻机或风煤钻、湿式凿岩机配套钻钎施工注浆检验孔，检查注浆效果，松软煤块是否成形，是否还存在松软体，经效果检验未达到要求的，加密注浆管再补充注浆。

（7）支架架设：待注浆养护期达到后，对碛头处堆积的煤矸进行清除，从现架料末端处采用短掘短支，架设4#金属防倒支架，支架采用11#矿用工字钢加工，梁子净空长度3.3m，腿子长度2.8m，腿子脚窝深度不低于0.3m，棚距0.5m，架设后保证巷道净高不低于2.5m，净下宽为4.2m，在距底板0.5m位置两帮腿子各采用一组φ=16mm，L=1.8m的胀壳式锚杆配托板进行锁脚。在距巷道支架梁头0.5m及中部采用15kg废旧钢轨或11#矿用工字钢配“U”型卡连成整体，两帮在距底板1m处采用15kg废旧钢轨或11#矿用工字钢配“U”型卡连成整体。采用单体液压支柱对支架进行支撑加固，防止高冒区内煤炭垮冒时压垮架设的支架。过地质构造期间严禁使用旧腿子和梁子，以确保支架受力。

（8）喷浆堵漏：永久支护至碛头后，对高冒段金属防倒支架下方进行喷浆支护封漏，防止注浆时从支架缝隙内漏出。缝隙处采用口袋封严实。

（9）注浆充填：在回采巷道碛头对应底抽巷处采用ZDY4000S钻机施工穿层钻孔2个穿透回采巷道顶部4m处空洞位置，孔内全孔埋设DN50白铁管，封孔注浆长度不少于12m，钻孔前期作为空洞内瓦斯抽放钻孔，后期作为高冒点注粉煤灰眼孔，实现一孔多用，先注水泥浆形成封闭层，注水泥浆过程宜连续注入，实行手上交接班，若条件不允许，则在下班前应对注浆泵及注浆管采用清水进行清洗，防止钻孔堵塞后续无法注入，封闭层厚度要求至少达到0.5m。在底抽巷通过穿层钻孔对巷道高冒段注入粉煤灰进行充填，选料时先对粉煤灰过筛，滤除粒径15mm以上的颗粒，水泥、粉煤灰、水充填物材料的比例1:3:4，和料时搅拌充分均匀至粘稠状，采用BW-250型螺杆注浆泵将粉煤浆通过底抽巷穿层钻孔送入回采巷道碛头上方空洞内。如果粉煤浆发生泄漏流失，及时采取措施封堵，再注浆充填，一次不能完成充填饱满的，再通过其他穿层钻孔再次进行注浆。注浆泵吸管头要加工筛管状吸头，防止大颗粒粉煤灰堵塞注浆泵，严格按照设计配比进行搅拌，防止水泥浆太稀造成跑浆、漏浆，水泥浆太浓稠容易造成块状物堵塞。各穿层钻孔完工后孔口要封堵严实，直至达到养护期。若通过底抽巷注粉煤灰效果差时，可调整至回采巷道通过预埋的喷浆管或重新施工眼孔插入注浆管后进行注浆，确保空洞内注浆充填高度达到3m以上。

2.4 恢复掘进

待高冒区域注浆充填到位，采用锚杆钻机打孔进行检验，确定充填封闭的厚度达到设计要求后，恢复掘进工作面的正常掘进。碛头掘进前坚持施工超前管棚，使用好前探梁等临时支护，采用短掘短支，即掘一架支一架，棚距缩小，直至掘进过构造地段后进入完好顶板3m后，根据顶板倾角情况确定恢复为锚棚支护。

3.实施效果

通过采取地质钻孔剖析、穿层钻孔分析、超前钻孔探测、超前管棚支护、喷浆支护加固、注浆封闭充填等手段，矿井顺利实现了313采区3133风巷、3135机巷等煤层松软及断层构造影响地段的安全掘进，对形成的高冒区域进行了有效快速处理，避免出现瓦斯超限和顶板垮冒。通过对松软煤层采取注浆加固和超前管棚等措施，确保掘进工作面在可控有效措施范围内作业，保证施工作业人员的安全，减少构造地段所带来的安全威胁，避免长时间停滞造成煤炭垮冒加剧和接替失调。

4.结语

（1）回采巷道的安全掘进前提是地质资料清楚，确保掘进工作面在掘进过程能够随时掌控前方构造情况，提前采取针对性的治理措施，进行工程治灾，避免出现遇到构造或异常情况就停头长时间处理。

（2）要对掘进工作面的地质条件情况进行全面分析和掌握，提前准备好构造地段的各种支护材料，特别是超前支护所需的管棚和巷道支护使用的支架，做到随时备用，用后补充。

（3）掘进工作面碛头发现煤炭有松软迹象，要毫不犹豫立即上超前支护措施，以防碛头煤炭及三角煤垮落后向高帮及工作面内部延伸，做到及时处理，及时锁口，严密封堵，确保在超前管棚有效支护范围内向前掘进。

（4）要认真总结和分析掘进工作面过断层等构造地段的处理方式，不断总结先进经验和做法，提高构造地段处理的安全可靠性，形成一套适合矿井实际情况的构造地段安全快速处理工艺流程，从构造探测、方案选择、现场实施、效果检验、经验总结等方面进行规范。

（5）要对回采巷道临时支护进行优化和改进，确保掘进工作面在遇到地质构造段时能够及时对暴露出的煤炭和顶板进行支护，要增强临时支护的可靠性和适应性研究。