礦井圍巖災變預案技術與災變控制技術

吳瓊瑛， 齊連旭

(遼寧鐵法能源有限責任公司，遼寧 調兵山 112700)

1 巷道圍巖災變預防性措施

圍巖災變控制可以從兩個方面進行分析，一方面是在災變前進行防范，提出預防控制措施，另一方面是圍巖變化后采取各項有效措施，其中，圍巖變化觀測分析尤為重要。

巷道圍巖可從地質情況考慮：

1) 地質情況分析，對褶曲、斷層等較大地質構造加強關注。斷層影響區域巷道變形易嚴重，兩幫底板變化周期短，相反，斷層構造小的巷道變形量小，圍巖變化周期相對則長，受力學影響，巷道圍巖易出現裂紋。可見，地質構造對圍巖影響很大，是須考慮的若干要素之一。

2) 對巷道圍巖進行各層巖性物研究，研究圍巖變形原因。

3) 巷道圍巖大環境研究，研究巷道所處位置特征，并對水文、瓦斯等環境特征進行研究。

4) 圍巖變形情況、變化范圍及速度進行預測分析。

綜上考慮，提出預防性控制措施。隨著生產推進，動態觀測巷道圍巖變化，根據變化程度改變巷道掘進支護參數。減少圍巖變化速度和變化范圍，延長巷道服務周期。控制措施實踐后，不斷觀測巷道圍巖變化，如達不到理想效果，則繼續優化支護設計參數，優化支護方案，形成閉環反饋改進措施，達到圍巖穩定的效果。

根據已施工巷道圍巖變化情況進行分析，預測變形量和變形速度，對巷道穩定程度時限進行預測分析。預防性措施對于新掘巷道具有指導意義[1-2]。

2 工程實例

2.1 地質概況

巷道為鐵法煤業集團有限公司大隆礦二水平東二1507回順掘進工作面，見圖1。本工作面所掘煤層為15煤層,煤層厚度最大為1.71 m，最小為1.64 m,平均厚度1.69 m，為中厚煤層，煤種為不黏煤，煤質較好。煤層含多層夾矸，單層最大厚度0.13 m，煤層中夾矸平均厚度0.12 m。15煤層上覆為14煤層,平均層間距為32.75 m。14煤層最大厚度為1.15 m,最小厚度為0.70 m,平均厚度為0.95 m。下伏16煤層，層間距35.00 m，最大厚度為1.30 m,最小厚度為0.62 m,平均厚度為1.10 m，局部不可采，15煤層自然發火期為3個月～6個月。

圖1 大隆礦東二1507掘進工作面圖

2.2 工程概況設計參數

合理選擇支護設計參數，頂錨桿選用Φ22 mm×2 000 mm全螺紋等強錨桿，拉門點至拐點處頂板錨索選用Φ28.6 mm×5 200 mm，間排距1 700 mm×1 800 mm。拐點處至切眼頂板錨索選用Φ21.8 mm×5 200 mm，間排距1 700 mm×1 800 mm。幫錨桿均采用Φ22 mm×2 000 mm全螺紋等強錨桿。頂、幫錨桿材質均采用48#錳鋼，破斷力為195 kN；錨索材質采用82B鋼，公稱強度1 760 MPa，破斷力586 kN。頂錨桿錨固力不小于100 kN，扭力矩不小于100 N·m；幫錨桿錨固力不小于50 kN，扭力矩不小于60 N·m；頂錨索錨固力不小于230 kN。

3 巷道圍巖預測管理技術

3.1 巷道圍巖災變預測頂板預測管理技術

礦壓觀測：了解巷道圍巖變化情況，觀測巷道頂板變化。

觀測對象：大隆礦二水平東二1507回順。

第一種為長期開發的老油區，東部的松遼、渤海灣盆地屬之，其未開發率分別為5.7%和8.3%。襄樊、江漢、蘇北等東部小盆地的主要油田幾乎全部儲量都被開發。松遼盆地的主力油田喇嘛甸、薩爾圖、杏樹崗（可合稱喇薩杏）的未開發率依次為0%、0.03%、1.3%，綜合含水率依次為96.36%、95.35%、94.20%。但也有幾個小油田儲量仍未被動用。如薩西、二站、白音諾勒和依蘭伊通地塹中的小油田。它們的可采儲量僅數萬、十數萬噸，雖鄰近開發強度甚高的油田但長期仍未動用，實際上其儲量應在核銷之例。

觀測內容：巷道頂板離層量，錨桿、錨索錨固力，巷道表面位移。

觀測方法：測點布置及要求如下：

1) 錨桿支護巷道在掘進期間遇有采動影響劇烈以及構造破碎帶、巷道交叉點、大斷面硐室和復合層厚度超過2 m的復合頂板等特殊地點，必須采用頂板離層指示儀，加強巷道頂板離層的監測。頂板離層指示儀必須由礦壓監測人員具體設置，實行掛牌管理，標明各種參數和負責人，包括初始參數和變化量參數。

頂板離層儀上部基準點位于頂板上6 m。為不動基準點，中部基準點位于頂板上2.0 m。下部基準點位于頂板上1.0 m。細鋼絲吊掛圓柱形鋼件，刷不同顏色進行標識區分。

2) 掘進期間，根據礦壓顯現規律，將巷道從掘進開始到掘進結束整個服務期間內，按礦壓顯現程度不同，各測站現場測量時間分為2個階段。

第一階段：巷道掘進影響階段，一般在巷道開掘的1 d～10 d，測點緊跟工作面，設點后每天測取一次讀數。

第二階段：一般為巷道開掘10 d以后至回采支承壓力影響出現。如果頂板下沉速度≤3 mm/d，則2 d～3 d測一次，如果頂板下沉速度>3 mm/d，則應每天測定一次，并分析下沉原因，向領導小組匯報，采取補充措施。

3.2 巷道圍巖災變預測頂板預測處理設備(見表1)

表1 觀測儀器一覽表

4 巷道圍巖災變控制技術

4.1 巷道圍巖變化預超限錨桿加強支護安全支護設計(見第89頁圖2)

錨桿的作用主要是懸吊作用、組合梁作用、圍巖補強作用和組合拱作用。

而在巷道圍巖頂板沒有穩定區域，選用打錨索起到一個臨時加固頂板和懸吊的作用，其與錨桿配合使用能夠使頂板更加穩固，保障作業更安全。圍巖頂板變化段每一片施工若干根錨索,如錨索并未打在穩定的巖層中，為了安全，在加強圍巖超限段圍巖質量的同時，還要架設工字鋼棚。

4.2 錨索安全施工

錨索和錨桿屬于主動支護，所以施工質量必須達標。錨索眼必須按規定垂直頂板施工，裝樹脂藥卷前，先用錨索插入孔內試探錨索眼深度，孔深不夠時，應重新打眼達到要求為止，眼深誤差為±50 mm。錨索錨固后及時上托盤、錨具，及時使用千斤頂預緊，確保錨索托盤接頂嚴實。打眼人員不得帶手套、毛巾，衣領、袖口扎緊。施工錨索時，即刻達到預緊力，嚴禁延后緊固。錨索的外露長度為150 mm～250 mm。

4.3 架設鐵梯棚方法加強圍巖

工字鋼棚屬于被動支護，當頂板有下沉或幫有壓出時起到被動支護的作用。工字鋼棚要想起到被動支護作用，必須安裝合格。

架棚技術要求：

1) 架棚規格：棚梁長4 m，棚腿長3.5 m。

2) 架棚質量要求：棚距1.0 m，棚腿叉角180 mm/m，幫頂必須用1.2 m木柈剎嚴、剎實，頂板順巷道方向4塊柈，不少于3行柈，幫4塊柈，并用楔子打緊，每塊柈2個楔子。棚梁必須保證水平，棚腿必須保證齊。

3) 施工棚腿窩必須保證深200 mm，采用風鎬或撬棍施工。棚腿立好必須用鐵線綁于幫網上，防止棚腿傾倒傷人。

4.4 施工點柱方法控制巷道圍巖頂板穩定

1) 當頂板壓力顯現時，二水平東二1507回順及外圍三、四角點施工點柱加強支護，點柱間距1.8 m，可視現場頂板實際情況調整點柱間距大小。

圖2 巷道斷面支護參數(mm)

2) 點柱采用3 200 mm長12#工字鋼或29U型鋼制作的鐵點柱對接或3.5 m液壓單體點柱。

3) 打29U型鋼對接點柱或工字鋼點柱時，必須打好200 mm以上的柱窩，點柱頂端用楔子打緊，并使用10#鐵線綁好二次保護。

4) 打液壓單體點柱時，液壓單體必須垂直于頂底板，三用閥注液方向朝向風流方向，堅硬底板必須打好100 mm以上的柱窩，松軟底板必須上木鞋或鐵鞋并戴帽，確保單體支柱支撐有效。將頂帽扶正后，緩慢升柱使單體托住頂帽，微受力，然后將單體角度調正，人員躲至單體傾倒所波及的范圍外，繼續升柱，給足單體初撐力，系牢防倒帶或用10#鐵線綁好二次保護。

5) 點柱前后成線，巷道坡度小于8°時與巷道頂底板垂直，坡度超過8°時，必須給出巷道坡度1/8的迎山角，偏差不大于±50 mm。

東二1507回風道在拉門點、三四角點處多次采用點柱控制圍巖變化，控制了圍巖頂板的下沉量及下沉速度。尤其是大巷道寬度位置，控制效果更佳。