贾栋彭

（霍州煤电集团河津腾晖煤业有限责任公司，山西 河津 043300）

腾晖煤业在整合前各矿均开采了2 号煤层，由于采煤工艺落后，对2 号煤层造成了严重的破坏。目前计划在三采区进行煤层复采。复采区巷道在掘进过程中会与以往小井采空区出现交叉，巷道整体结构稳定性差，传统的锚网索联合支护方案支护效率低下，难以满足需求。

对于巷道穿越同层采空区的施工工艺，王凯等对太平矿六采区复采巷道掘进，提出了在掘进工作面前方架设钢棚，并配合超前钢钎施工工艺对复采掘进巷道进行支护，采用全断面一次爆破的施工工艺进行施工，取得了良好的效果。龙凤魁针对老空区顶板大面积垮落的问题，提出了注浆充填采空区形成再生顶板的施工工艺，采用铝基超高水泥浆进行采空区充填，并测试了充填体力学性能，保障了工作面的安全。结合腾晖煤业的实际情况，本文提出了采用铝基超高水泥浆进行采空区充填+巷道支护结构优化的方案[1-7]。

1 铝基高水材料采空区注浆加固

铝基高固水材料具有较高的流动性，在巷道进行注浆加固的时候，需要根据井下实际地质情况选择不同的注浆加固方案。根据三采区复采条件对多种钻进方案的分析，最终确定在已探测有空巷且已揭露的情况下采用钻孔注浆加固方案，在已揭露空巷且采空区未垮落的位置采用开放式注浆。

1.1 开放式注浆加固

开放式注浆加固，采空区空巷内完全处于开放状态，注浆端部设置一个注浆阀，且其扎入沉渣不应小于80 mm，在进行充填时根据注浆液的状态变化涵盖了注浆液的初凝、注浆液的过渡、注浆液基本固化、注浆液完全固化四个阶段。开放式注浆如图1。

图1 开放式注浆示意图

在采用开放式注浆时需要根据注浆过程进行注浆料配比的调整，初凝区和过渡区域的注浆料需要具有快速凝结的效果，提高注浆的可靠性。注浆充填时对于破碎较大的煤体，需要用封堵材料进行封堵，避免注浆料从裂缝处渗漏。

1.2 钻孔式注浆加固

钻孔式注浆在空巷已揭露的情况下采用钻孔注浆方式，将周围的煤矸石、碎石、煤块等形成一个稳固的整体，提高围岩的稳定性和施工效率。根据井下的实际情况，将注浆孔设置在掘进工作面的迎头区域，距离老空区约为5 m。钻孔注浆充填如图2。

图2 钻孔充填示意图

由图2 可知，在进行钻孔注浆时，当掘进到距离老空区约5 m 的位置时停止掘进，在迎头的位置开始钻注浆孔对老空区进行注浆。在注浆的过程中对老空区的充填效果进行监测，若存在盲区则需要补充注浆孔进行补充注浆，直到将老空区全部充填完成为止。

在注浆时为了保证注浆的可靠性，需要将注浆孔设置在巷道顶板下侧约1400 mm 处，注浆孔的数量需要根据巷道的宽度来确定。井下共设置3 个注浆孔，分布在巷道中间、左侧25°、右侧25°的位置，确保老空区及巷道两帮向外约5 m 的区域能够完全被覆盖，提高注浆加固区的稳定性。由于井下采空区较高，钻孔时需要钻到空巷位置，注浆管的埋入长度不应低于10 m，注浆孔的直径为52 mm。

注浆的过程中采用多次循环注浆的工艺，首先在中孔内注浆加固，待浆液初步固化后再分别对左侧和右侧的注浆孔注浆。

2 巷道支护结构优化

为解决传统锚网索联合支护所存在的效率低、安全性差的不足，结合腾晖煤业井下的实际情况提出了临时支护、锚网索+钢棚永久支护相结合的巷道支护结构方案。

2.1 临时支护

在过空期间，为提高前探梁的完整性，采用了金属前探梁临时支护结构，利用“U”型卡把梁卡入棚梁上的卡槽处。为了提高固定强度，所使用的“U”型卡厚度不得小于30 mm。卡入“U”型卡后，需要在两侧设置紧固螺栓，保证“U”型卡在使用过程中不会脱出。其固定结构如图3。

图3 前探梁临时固定结构示意图（mm）

在进行巷道掘进作业过程中，为了避免在爆破时注浆加固区域的碎石脱落，影响钢棚的稳定性，需要在钢棚的棚腿位置采用“U”型卡进行加固。棚腿位置的“U”型卡呈三角状分布，每隔三个棚腿进行一次固定。所使用的“U”型卡应具备更高的结构强度，采用高强度不锈钢制作，两侧分别烧焊一个直径为22 mm 的圆盘并用规格为Φ20 mm×2000 mm的高强度左旋螺纹钢锚杆进行加固。整体固定结构如图4。

图4 棚腿加固方案图（mm）

2.2 锚网索钢棚联合支护

在揭露老空区域前后各10 m 的区域内利用锚网索+钢棚进行联合支护，为提高支护效率，在过老空期间，可以采用钢棚支护。在老空区域前后侧各20 m 的区域内，以高强度锚索为基础按2-2-2 的方式进行布置。根据地质结构，在进行永久支护时需要先打设锚索网支护，再进行钢棚的支护。钢棚的棚距不大于500 mm 且需要滞后锚网索永久支护一个排架的距离，在钢棚的棚梁和棚腿位置各设置2 组拉杆，提高钢棚的稳定性。永久支护如图5。

图5 井下巷道永久支护结构示意图（mm）

在支护时，顶板采用Φ20 mm×2000 mm 高强度锚杆配W 钢带支护，锚杆间排距为1000 mm×900 mm，铺设双层菱形金属护网。巷道两帮采用Φ20 mm×2000 mm 的高强度锚杆配W 钢带支护，锚杆间距和顶板锚杆支护间距一致。

3 支护效果

对掘进期间巷道围岩变形情况结果如图6。

图6 新型支护方案下巷道变形量统计

采用新的过老空区支护方案后，巷道两帮的移近量由最初的260 mm 降低到了目前的109 mm，变形量降低了58.1%；巷道顶板的下沉量由最初的227 mm 降低到了目前的91.6 mm，变形量降低了59.6%；巷道的底鼓量由最初的76.8 mm 降低到了目前的19.7 mm，底鼓量降低了74.3%。新的支护方案显著提升了腾晖煤业井下过老空期间巷道掘进的稳定性。

4 结论

针对腾晖煤业2#煤层复采区条件，提出了采用围岩注浆充填加固+快速支护技术，结果表明：

（1）在已探测有空巷且已揭露的情况下采用钻孔注浆加固方案，在已揭露空巷且采空区未垮落的位置采用开放式注浆，能够有效提升注浆的可靠性；

（2）临时支护、锚网索+钢棚永久支护相结合的巷道支护结构，能够根据不同区域针对性地进行支护，在保证支护安全性的基础上提高了支护效率；

（3）巷道两帮的移近量比优化前降低了58.1%，巷道顶板变形量比优化前降低了59.6%，巷道底鼓量比优化前降低了74.3%，巷道的掘进效率由60～70 m/月提升至100 m/月以上，有效提升了腾晖煤业掘进效率和安全性。