摘要：煤矿大断面巷道采用导硐施工和顶板注浆加固的方法成功穿越采空区，有效解决了巷道穿采空区施工困难的问题，为今后同类型巷道施工积累了经验，提供了安全可靠的技术保障。
关键词：大断面；巷道；导硐施工；顶板注浆
1 过采空区施工工艺
1.1 采空区探查
当掘进巷道顶板距离采空区岩柱5m时，沿掘进方向和垂直顶板方向各施工1个超前探放钻孔，探测采空区详细参数，进一步了解采空区冒落带及采空区集水、有害气体情况。探孔检查结果表明，采空区无水，CH4、CO、CO2、H2S浓度均在《煤矿安全规程》允许范围内，可以按规程措施施工，但是每班必须使用探孔，探孔与上轮相同，探孔必须穿过采空区2m，检查各项指标均在《煤矿安全规程》允许范围内，方可揭开采空区。
1.2 掘进
掘进至距采空区5m垂距时，浅掘浅进，每循环进度不大于1m，使用三级煤矿许用乳化炸药，1~4段毫秒电雷管，FD-200型晶体管放炮器启爆，正向装药放小炮的方式掘进，减少对围岩影响。
1.2.1 导硐施工工艺及要求
巷道正常施工至距采空区5m时，在巷道中下部底板岩石中与采空区留设0.5m保护层掘进上宽3m、下宽4m，净高2.2m巷道。导硐采用钻爆法施工，简易光面爆破，施工工艺流程如下：安全检查→打眼放炮→安全检查→临时支护→出碴→永久支护（架设11#工字钢棚）；施工中严格执行“边探边掘”的原则，提前探明采空区水、瓦斯等情况，保证导硐顶板与采空间距不小于0.5m；循环进度始终控制在0.8m，采用“短掘短支”的施工方式作业，针对顶板层间距大小采取放小炮、缩小周边眼间距控制装药量，减少放炮次数，以减少放炮对围岩的震动破坏；加强顶板管理，进入工作面前要进行安全检查，敲帮问顶找掉活矸危岩，爆破后及时进行临时支护，对空顶的围岩及时有效支护，防止漏、冒顶；加强通风管理，局部通风机使用双回路供电，安设双风机自动分风装置，以保证工作面正常通风；导硐成巷后及时向顶部喷射50mm混凝土，进行封闭防止向采空区漏风；并使用单体液压支柱对导硐钢棚支护进行加强支护。
1.2.2 导硐施工的应用效果
快速通过了采空区与已施工的巷道贯通，形成全风压通风，解决了通风、防尘问题；缩小了围岩的暴露面积和时间，减小了临时支护空间，使巷道的顶、帮易于维护，有效的防止漏、冒顶事故的发生，保证了施工安全；与采空区留有0.5m的保护层，有效的防止了向采空区漏风和有害气体的溢出；有效释放采空区应力、改善围岩承载能力，充分发挥围岩的自承力，降低了应力对后期巷道扩大影响；导硐内对顶板采空区进行注浆加固施工方便，便于控制采空区注浆加固范围，有效的保证注浆效果达到巷道扩帮挑顶要求；在导硐内对顶板采空区加固后，两头同时作业对导硐进行扩大，缩短了巷道的施工工期。
1.2.3 导硐刷大工艺及要求
顶板采空区注浆加固完成后，必须对注浆效果进行钻孔检测，确认达到设计效果时方可对导硐刷大，否则必须进行补注；巷道采用挑顶扩帮的方法对导硐进行刷大，两帮采用锚网支护，顶部架设25U型钢棚支护。导硐刷大施工顺序：交接班→安全检查→打眼放炮→安全检查→临时支护→出渣→架设U钢棚→两帮打锚杆挂网→初喷→复喷成巷。首先采用钻眼爆破的方法对导硐进行挑顶扩帮，爆破后及时对顶部进行临时支护，然后出渣，渣出完后拆掉导硐内的工字钢棚架设U型钢棚，当前探梁所控制顶板范围内的U型钢棚架设完毕，两帮打锚杆挂网后初喷封闭顶板围岩，初喷厚度不低于30mm，巷道成型后及时复喷成巷；导硐挑顶剥帮10m范围内的11＃工字钢棚，必须提前采用单体液压支柱“一梁三柱”进行加固，保证导硐支护完整；严格按照中腰线和炮眼布置图进行爆破挑顶剥帮，打眼时应定钻、定人、定眼位，确保炮眼的眼位、深度、角度符合设计要求，随着工程进度及时优化爆破参数，减少爆破后巷道超挖、爆轰波对顶板围岩的破坏；U型钢棚棚腿用锚杆进行加固，两U型钢棚之间及巷道超挖处用混凝土浇筑填实，保证U型钢棚的稳定性；严格控制循环进度，每循环一架棚（0.8m），架一架拆一架，并及时探测顶板采空区加固效果，局部加固厚度不足的要及时进行补注。
1.3 装岩及排矸
采用P-30B型耙岩机装矸，人工清理浮矸，斜巷采用JD-25kW调度绞车倒牵引提升1tU型矿车运输，大巷用CTL8/6G140(D）型机车运输到集中矸仓。
1.4 支护
1.4.1 超前支护
距采空区3m垂距时，围岩较破碎，金属骨架按巷道坡度施工3m，用DN25无缝钢管进行超前支护，施工在距巷道支护顶板轮廓线100mm的位置，向拱顶外倾斜插入松散岩体中，骨架间距400mm。
1.4.2 临时支护
碛头使用2根长4.5m的9#工字钢作前探梁，前探梁配支架梁子、金属抱箍和排材笆片作临时支护，每根前探梁用4个金属抱箍进行固定。碛头10m段梁腿结合处和腿子中间位置连续使用金属扣进行加固，碛头空顶距不大于550mm，前探梁端头距碛头不大于150mm。
1.4.3 永久支护
架棚配合喷浆联合支护；采用11#矿工钢加工的钢性梯形3节棚支护，棚顶采用排材和笆片背护，巷帮用竹笆配合排材进行背护。金属支架梁子净空长度为2.4m（总长2.7m，距两端各150mm的位置分别焊接1个梁耳），腿子长度为2.4m，上端头必须加工有U形卡。碛头空顶距不大于550mm，支架架间距550mm（中对中），支架间架设7根φ40mm的木扣，其中顶梁3根（顶梁中线位置1根，距梁端100mm位置各1根），棚腿各2根（分别打在梁腿连接处下方300mm、1600mm位置）。碛头10m范围内的棚腿必须用金属连锁扣配合无腿棚连接。棚腿的金属连锁扣在腰线位置垂直于棚腿布置。每根腿子打2根无腿棚，无腿棚分别打在梁腿连接处下方300mm和1600mm的位置。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆无腿棚长度不低于700mm，打入岩体深度不低于500mm。过采空区时，腿子采用8#铁丝将2根（分别固定在梁子与腿子交接下方300mm和1600mm处）φ50mm铁管牢固捆在支架上进行联锁固定。使用长规格62φ20×1800mm的锚杆将碛头后方3架料的梁子锁紧，每根梁子施工2根锚杆，锚杆垂直于梁子中线布置。锚杆打入岩体的深度不低于1400mm。当采空区掘进3m后，再对架料段进行喷浆支护，砂浆标号为M10，喷射厚度为100mm。
2 采空区注浆加固工艺及要求
2.1 顶板采空区注浆加固目的
在巷道顶板上部采空区形成2.0m~4.0m有效保护层，结合实体岩层加注浆凝固厚度，保证扩大巷道时安全施工。
2.2 注浆材料水泥
普通新鲜的硅酸盐水泥，强度等级不低于32.5。水玻璃：模数2.2~2.8，浓度不低于40Be。
2.3 施工工艺
2.3.1 布孔
布孔要均匀并根据现场注浆效果，可适当调整孔口布置密度。孔口间距为1m，排距为2.5m布置，孔口管长度800cm~1000cm，钻孔深度4m。
2.3.2 注浆施工
注浆时应经常观测注浆压力和流量的变化，发现异常情况及时处理。注浆过程中要经常观察工作面及孔口情况，发现跑浆和串浆及时点注，并可调整浆液比例。注浆过程中要做好记录；单孔注浆量，深度，压力，比例调整，凝胶时间等。为尽量避免串浆情况发生，注浆时采取隔孔注浆的顺序进行；
2.3.3 浆液比例
水灰比（重量比）1~1.2：1.双液浆配合比。
2.3.4 浆液效果观察
注浆结束前必须对注浆效果进行检查，确认已达到注浆效果，方可结束注浆，否则必须进行补空再次注浆。初次注浆结束待凝胶后在套孔检查，针对可疑薄弱地点可作适当补注，保证注浆层厚度。效果检查主要有以下3种：（1）分析法：对注浆记录统计进行分析，每孔压力流量是否达到注浆结束标准，反算浆液扩散范围；检查每孔都是否按规定进行注浆，有无漏注和其它原因无法注浆情况，是否按设计要求；（2）直观检查法：有无漏浆、窜浆情况，并换算顶板厚度和注浆量；（3）钻孔检查法：根据现场观察，针对重点和注浆薄弱点钻孔探明注浆层厚度和均匀程度；
2.3.5 跑浆处理
跑浆在一定程度上反映了浆液的扩散距离和行走路径，但浆液量过大造成漏浆或者有漏洞跑浆造成材料浪费，所以在发现跑浆时应及时采取下列措施进行处理：一是对于跑浆量大的缝隙在条件许可情况下可用纱布或木楔进行堵塞；二是采用间歇式、停注的方式给浆液充足的凝胶时间，同时可以调节水玻璃和水泥浆的浓度，帮助加快浆液的凝胶速度；
2.3.6 套孔
考虑一次性钻孔注浆有增加高度的难度，初次注浆结束待凝胶后在套孔检查，针对可疑薄弱地点可作适当补注，保证注浆层厚度；
2.3.7 注浆工艺流程
安装孔口管→安设高压球阀→抽钎关闭球阀连接混合器与注浆管路→开启注浆机进行压水→打开球阀→注入水泥浆液→调整凝胶时间封孔→关闭球阀→换孔。
3 施工安全技术措施
掘进巷道顶板距离采空区岩柱5m起，每循环掘进开始先施工深超前探眼，探眼深度不得低于7m，以判断采空区位置和检测采空区积水、CH4、发火情况，防止盲目揭开采空区造成事故。若超前探眼内存在积水、高浓度瓦斯和煤层自燃，必须立即停止掘进，采取措施进行处理。
在碛头安装H2S传感器、CO传感器、瓦斯传感器、CO2传感器，并按规定设置报警、断电值，安瓦员必须随身携带便携式CO测定仪，所用仪器必须经过鉴定合格，并定期校验，保证仪器准确可靠。
探孔穿采空区时，穿透后立即停止施钻，但不得撤除钻杆，由救护队员测定孔内CH4、CO、CO2、H2S、O2等参数，同时测定孔内空气温度，确定无异常后方可继续作业。
过采空区期间巷道必须采取浅掘浅进，循环进度不超过1m，严格控制装药量。过采空区期间放炮点必须设置在进风流中，放炮点距离爆破点不少于500m，放炮之后30min，安瓦员、班长、安全员携带压缩氧自救器从外向里检查相关指标，只有在瓦斯和CO浓度都小于规定的允许值时方可进入检查。进入后首先由测风员检测巷道风流、风向，风量和风向无异常，才能检查碛头通风、瓦斯、顶板等情况。加强现场施工管理，及时做好超前支护、临时支护和永久支护，确保顶板支护安全。
结束语：
利用导硐施工法以及采空区注浆加固、锚网喷配合25U型钢金属支架等支护技术，巷道安全穿越采空区，施工中没有影响生产，没有发生顶板、瓦斯等事故，保证了矿井生产需要。巷道穿采空区成功施工，为今后同类型巷道施工积累了经验，提供了安全可靠的技术保障，有效解决了巷道穿采空区施工困难的问题。
参考文献：
[1]林健.范明建.司林坡.等.采空区下松软破碎煤层巷道锚杆锚索支护技术研究[J].煤矿开采，2013
[2]朱超.大断面巷道穿越采空区掘进工艺的研究[J].中国科技信息，2016
[3]李斌.石大为.导硐施工工艺在采空区掘进中的应用[J].煤矿安全，2015
论文作者:李喜元
论文发表刊物:《基层建设》2016年第33期
论文发表时间:2017/3/9
标签：采空区论文; 巷道论文; 顶板论文; 注浆论文; 围岩论文; 浆液论文; 型钢论文; 《基层建设》2016年第33期论文;