巷道過采空區支護設計研究及應用

文/董福凱

巷道過采空區支護設計研究及應用

文/董福凱

山西晉能集團晉城公司大通煤業屬資源整合兼并重組礦井。井田位于高平市陳區鎮劉家廟村一帶，行政區劃隸屬高平市陳區鎮。井田面積10.4136km2，批準開采3～15#煤層，開采深度1050～750m標高。

井田地層總體為一走向北東、傾向北西的單斜。由于歷史原因，該井田范圍內，小窯破壞嚴重，采空區較多，目前發現受采空區(采空巷道)影響的材料運輸大巷長度約為200m，面積約為1000m2。通過研究，巷道過采空區(采空、冒頂巷道)采用了鋼筋混凝土邊墻+U型鋼可縮性支架及噴射混凝土組合支護。通過采用聯合支護方式，大通煤業安全順利地將大巷布置在采空（冒頂）區內，并實現快速通過。該方案對類似地質條件的巷道支護具有重要參考價值。

一、基本情況

大通煤業礦井設計生產規模120萬噸/年，礦井設計開采3#煤層，煤層厚度平均4.19m，賦存相對穩定，煤層不易自燃，煤塵無爆炸性，水文地質條件相對簡單。到目前為止，主斜井、副平硐、回風立井已經相繼落底，進入二期工程以后，副平硐的材料運輸大巷施工約200m，凈寬5m，凈高3.5m，進入采空冒頂區。采空區寬度約10~20m，頂板冒落高度2~5m。巷道埋深約為70~80m，采空區(采空巷道)頂板沒有淋水現象。根據取樣測試結果為：直接頂板多為泥巖，抗壓強度為18.8～69.6MPa，平均43.6MPa；抗拉強度0.5～4.1MPa，平均2.2MPa，組成了軟弱-硬的頂板，穩定性較差。直接底板多為泥巖，抗壓強度為18.4～34.0MPa，平均26.0MPa；抗拉強度0.6～1.4MPa，平均0.97MPa。組成了軟弱-中硬的底板，穩定性較差。

二、巷道布置、斷面及支護方式

1．冒頂區頂板臨時支護處理。為了保證人員安全作業，首先對頂板做臨時支護，形式為錨桿網支護。

錨桿材料：左旋螺紋鋼(25MnSi)，頂錨桿Ф20×2400mm；錨桿布置方式：頂錨桿鉆孔深度2300mm，外露100mm，排距1000mm，間距900mm，每排10根錨桿。

錨固劑：K2360和Z2360各一支，安裝錨固劑時，K2360在前，Z2360在后。

錨桿托盤：厚度為10mm鋼板穹形托盤，規格為150×150×10mm。

網：用Φ6.0mm鋼筋焊接，網孔尺寸為100×100mm的矩形網，網片搭接寬度為100mm，用16#鉛絲聯接，每隔200mm聯網兩道。

2．支護斷面及尺寸。永久斷面為半圓拱形，拱高為2.5m，直墻部分高2.0m，凈寬5.0m，凈高4.5m，凈斷面積19.8m2。支護斷面如圖所示。

材料運輸大巷過幫頂采空區(采空巷道)混凝土邊墻+U36可縮性支架支護示意圖

3．永久支護方式及參數。在圖中，永久支護方式為混凝土邊墻+U36可縮性支架支護及噴射混凝土組合支護。

（1）兩幫采空區(采空巷道)支護：先將幫采空區浮煤及冒落體清理干凈，幫的松散煤及巖石也需挖除，清理完畢后，在采空(采空巷道)內砌筑兩道500mm厚鋼筋混凝土墻，鋼筋混凝土墻要求接實頂接實底，兩道墻體中間采用漿砌片石砌筑，砂漿為M15，砌筑體接頂。邊墻部位支護參數為：混凝土厚度500mm，強度C25，鋼筋主副筋均為直徑14mm圓鋼，鋼筋間距250mm。箍筋采用Ф8圓鋼，箍筋形式為單支箍，梅花型布置，間距為500mm。

（2）U36可縮性金屬支架支護：待鋼筋混凝土墻凝固合格后，緊靠墻壁架設U36可縮性金屬支架，拱高為2.5m，直墻部分高2.0m，頂梁后設金屬網和混凝土背板，金屬網規格同前述臨時支護所用一致，混凝土背板采用C25長×寬×厚=1000×150× 50mm規格，間距150mm，交叉花背。在背板上采用袋裝矸石或片石充填接頂。

（3）接頂后用噴射混凝土對材料運輸大巷頂板進行表面封閉，混凝土強度C25，厚度與頂梁表面平齊。

（4）表面封閉后對充填的矸石注水泥粉煤灰漿，其水固比為1∶1.0～1∶1.4。水泥占固相的30%，粉煤灰占固相的70%。注漿時向漿液中摻加水泥重量2%～5%的速凝劑，使注入采空區的漿液盡快凝固，防止漿液大量流失。

4.施工要求。在達到支護強度要求的同時，保證巷道密實，防漏風，防滅火。

三、結論

通過聯合支護的應用，大通煤業安全順利地將大巷布置在采空（冒頂）區內，并實現快速通過。通過安排專人對礦壓、漏風、瓦斯等情況進行觀察并收集分析數據，未發現異常。

實踐證明，在當地過3#煤采空（冒頂）區特殊條件下，采用組合補強支護方式是較為安全可靠的。該聯合支護方式既解決了頂、幫支護問題，又解決了過老空漏風、防滅火及瓦斯治理等問題。

（作者單位：太原理工大學）

（責任編輯：龐永厚）