杨小明

（山西蒲县蛤蟆沟煤业有限公司，山西 临汾 041200）

1 工程概况

山西蒲县蛤蟆沟煤业有限公司是兼并重组整合单独保留矿井，井田面积1.816 1 km2，批准开采2-11#煤层，一斜两立方式延深开采下组煤层，即新建主斜井、回风立井、延深副立井。设计主斜井井筒斜长980 m，坡度16°，巷道净宽5.1 m，净高3.65 m，净断面积15.82 m2。依据地质钻孔资料，井筒自表土层施工将依次揭露和穿过2#、3#、7#、8#、9#、10#含煤地层，并落底于11#煤层底板。在井筒掘进至535 m 时，可以基本确定前方32 m 将揭露矿井2#煤层20112 回采工作面采空区，斜井井筒穿过采空区斜长段约50 m。

2 施工环境分析

2#煤层20112 回采工作面回采时间为2008 年，采用近水平走向长壁式开采，回采区域内无断层、陷落柱等不良地质构造，全部垮落法管理顶板，平均采高2.5 m。伪顶为灰黑色粉砂质层状泥岩，平均厚度0.7 m；直接顶为灰黑色层状砂质泥岩，平均厚度1.8 m；基本顶为灰白色层状中粒砂岩，平均厚度8.54 m；直接底为灰色细粒砂岩，平均厚度6.35 m。依据以往采空区顶板垮落观察记录，采空区顶板冒落较好，采空区三带高度大致为：垮落带7.5 m 左右，裂隙带14.5 m 左右，弯曲下沉带45 m 左右。2#煤层由于采空时间久，伪顶、直接顶岩层垮落破碎后基本上可充满采空区至裂隙带以下范围，基本顶下沉断裂形成较稳定的铰接梁状态。

主斜井与采空区剖面位置关系如图1。

图1 主斜井与采空区剖面位置关系示意图

3 支护方案

方案确定原则：安全可靠，即支护强度、密度等指标既能保证掘进施工安全，又能保证永久支护需要；经济合理，即支护方式能独立发挥作用，又能形成整体加固，材料采购就地取材，降低成本；便于施工，即掘进、支护工序之间的相互干扰导致的工期延长损失降低到最小，同时也便于操作，降低工人劳动强度。为此，根据主斜井井筒穿过采空区的斜长、采空区的不稳定程度，按照加固、充填作用等不同的支护目标，沿主斜井掘进方向和长度共划分为5 段不同的支护设计区段，其中3 段、4段为重点支护区（划分方案见图1）。

针对2#煤层采空区三带分布情况，结合主斜井掘进方位、断面形状、尺寸及实际钻探预测和验证结果等综合因素，为保证主斜井井筒施工安全和使用年限，就井筒穿过采空区期间的支护设计方案进行了综合比较和分析，最终决定采用注浆+U 型钢+喷浆混合支护的方法通过采空区。

3.1 1 段加固区支护设计

该段巷道工作面揭露的顶、底板以2#煤层基本顶为主，围岩较稳定，支护设计以锚网喷+钢带+U 型钢联合支护不小于5 m 的超前加固支护为主，Ф22 mm×2000 mm 螺纹钢锚杆加长锚固，间排距800 mm×800 mm，U 型钢采用29U 型加工制作，排距800 mm，迎山角5°，支护长度10 m。U 型钢加工示意图如图2。

3.2 2 段加固区支护设计

该段巷道工作面揭露的围岩以2#煤层基本顶下层为主，段末底板将渐次揭露2#煤层冒落充填带，支护设计以加强顶板及两帮支护为重点，同时超前对底板注浆加固，支护方式为锚网喷+钢带+U 型钢棚+底板注浆，支护长度10 m。注浆钻孔设计采用竖直钻进，孔间、排距500 mm，钻孔终孔深度3000 m，终孔浆液扩散半径≤600 mm，浆液为C-S型。为获得较好的结石体抗压强度，C 与S 的体积比按照C=0.6:1(水灰比)、S=40Be′（水玻璃浓度）凝胶时间在5 min 之内进行设计。

3.3 3 段加固区支护设计

该段巷道工作面揭露的岩层以2#煤层基本顶下层与2#煤层采空区冒落充填带为主，支护设计为锚网索+钢带+U 型棚加固拱，同时对工作面正前方及底板超前注浆加固，支护长度12 m。注浆孔采用平行巷道直孔布置，且靠近巷道荒断面的轮廓线，钻孔深度2500 mm，孔间距500 mm，保持终孔扩散半径≯600 mm。考虑到充填带充填空间较大，浆液调整为CL-C 型粘土水泥浆，以粘土为主要原料（粘土在本地区可就地取材，且成本低），加入100 kg/m³的425#水泥和20 L/m³的钠质水玻璃进行配置。锚网索+钢带+U 型棚及底板注浆孔设计同1 段、2 段支护设计，直孔开孔设计如图3。

图2 U 型钢加工示意图

图3 3 段加固区注浆钻孔布置示意图

3.4 4 段加固区支护设计

该段巷道掘进完全进入2#煤采空区冒落带，支护对象主要是2#煤层采空区充填的大块松散岩体和压密带内较密实的小块岩体。支护设计采用超前对冒落带注浆充填、加固，U 型钢棚架加密支护（棚距调整为600 mm）跟进，缩小循环进度为600 mm，支护长度27 m 左右。注浆孔呈放射状布置，钻孔深度2000 mm，孔间距500 mm，保证终孔超出巷道轮廓线500 mm，扩散半径≯1200 mm，浆液仍以CL-C 型粘土水泥浆为主。为提高充填区的塑性强度，425#水泥的掺入量调整为125 kg/m³，钠质水玻璃的掺入量调整为30 L/m³进行配置。注浆孔布置如图4。

3.5 5 段加固区支护设计

该段巷道掘进底板将逐渐进入原始、完整的砂岩层，顶、帮仍以2#煤层采空冒落的密实带为主。因此，支护对象以顶、帮为主，支护设计采用超前注浆加固，U 型钢棚加密支护跟进的方式，小循环进度掘进，支护长度1 m 左右。注浆孔呈扇形布置，钻孔深度3000 mm，孔间距500 mm，保证终孔超出巷道轮廓线500 mm，扩散半径≯600 mm，浆液采用C-S 型，C/S 的体积比同2 段加固区浆液比例进行调制。注浆孔布置如图5。

图4 4 段加固区注浆钻孔布置示意图

图5 5 段加固区注浆钻孔布置示意图

3.6 6 段加固区支护设计

该段巷道工作面将进入围岩较稳定区，支护设计采用锚网喷+钢带+U 型钢联合支护，支护参数同1 段加固区，支护长度10 m。

4 施工组织

（1）为改善井下作业环境，降低粉尘浓度，浆液的制浆工作于地面井口附件临时制浆站完成，注浆管路沿井筒敷设至工作面铁制的储浆池。

（2）注浆孔开孔直径为110 mm，下外径为108 mm 孔口管，注浆孔直径为75 mm。

（3）浆液具有向上易扩散性，注浆施工时，先钻注巷道顶板上的注浆孔，后钻注巷道两侧孔，最后钻注底板钻孔。当多圈布孔时（如 4、5 段加固区），按上述顺序，先钻注内圈孔，后钻注外圈孔。

（4）钻进注浆孔时要轻压、慢速、给进均匀，少串动钻具，防止塌孔。

（5）随时注意孔内坍塌和冲洗液循环情况，当发现有超过一半的冲洗液漏失或孔内有坍塌时，可停钻注浆，必要时可另外打孔注浆。

（6）注浆时，应先对2#煤采空区冒落充填带注浆，后对压实带注浆。

（7）施工中的U 型棚的架设工作于初喷后进行。

（8）掘进工序滞后预注浆工序时间12 h 以上，以满足浆液的充填、加固作用时间，为掘进工序创造良好的围岩条件。

5 结语

（1）主斜井井筒穿过2#煤层采空区的支护重点在3 段、4 段、5 段，在这3 个区段内，主斜井井筒巷道完全进入到2#煤层采空冒落带，基本上没有完整的围岩，支护难度高。因此，井筒巷道在即将进入这3 个区段时，应以预注浆对采空冒落带内的不规则但相对稳定的岩体（块）以及空隙进行充填和加固，然后再进行其他掘进施工。

（2）主斜井穿过采空区域采用多种联合支护方式，综合考虑安全、设备、材料等成本因素，具有工期相对合理（总工期95 d）、成本较低、施工安全、操作方便等优点，综合治理巷道长度近90 m。采空区穿过时及穿过后的矿压观测及数据显示，围岩始终处于稳定状态，保证了巷道的正常使用，效果较好。