近采空區巷道掘進及支護技術研究

楊文宇

（山西焦煤汾西礦業宜興煤業， 山西 孝義 032300）

引言

現階段礦井一般采用留設保護煤柱的方式保護回采巷道，巷道圍巖變形情況、支護效果與留設煤柱寬度、支護參數等密切相關[1-2]。錨桿支護是現階段礦井最為常用的支護方式，具有支護強度高、成本低、圍巖控制效果好等優點[3]。眾多的技術人員以及科研人員對錨桿與圍巖相互作用機理以及現場應用效果等進行研究，并取得顯著成果[4-5]。當回采巷道靠近采空區掘進時，巷道圍巖變形以及掘進受采空區影響較為明顯，當巷道掘進至高應力區（采空區側向應力集中區域）時，巷道圍巖控制難度較大[6-8]。為此，文中就對礦井巷道在近采空區內掘進以及圍巖支護技術展開探討，以期為類似情況下其他巷道掘進及支護工作開展提供經驗借鑒。

1 山西某礦31107 運輸巷工程概況

山西某礦31107 運輸巷位于11 號煤層3 采區，巷道東側為盤區巷道、西側為采區邊界，南側為實體煤，北側為采空區，具體巷道位置關系見圖1。31107運輸巷主要用以行人以及回風，巷道斷面為矩形（凈寬5.5 m、凈高3.8 m），沿著11 號煤層底板掘進，巷道采用綜掘方式、錨網索方式支護圍巖，現階段巷道已掘進905 m。在31107 運輸巷掘進范圍內11 號煤層頂板為復合頂板，巖性以炭質泥巖、煤線、粉砂巖以及頁巖等為主。31107 運輸巷與鄰近的31105 回風巷采空區留設有寬20 m 護巷煤柱，由于31105 回風巷內在500 m、1 200 m 位置分別布置有2 個硐室（2 個硐室寬度均為5 m），從而導致護巷煤柱局部寬度僅為15 m。

圖1 巷道位置關系圖

根據已有的地質資料以及礦壓監測資料顯示，31107 運輸巷在掘進至500 m、1 200 m 位置時會出現不同程度的頂板破碎、巷幫應力集中等問題，預計影響區長度為20 m。為確保31107 運輸巷掘進安全，該礦技術科以及掘進工區通過綜合分析，提出采用密集錨索+架棚+注漿方式支護圍巖。

2 圍巖支護技術

31107 運輸巷在正常掘進期間采用錨網索支護工藝，在掘進至采空區影響增壓區時則采用強支護以及注漿方式控制圍巖。

2.1 頂板支護設計

在增壓區內為確保頂板巖層穩定并控制下沉量，采用密集錨索、JW 鋼帶組合方式進行密集支護。在巷道頂板按照排距1.0 m 密集施工6 根錨索（規格Φ21.6 mm×3 500 mm），錨索采用2 支錨固劑（型號分別為MSKC23/35、MSKC23/60）錨固。采用JW 鋼帶（長×寬=5 300 mm×250 mm）配合密集錨索強化頂板表面巖體支護強度。

補強錨索（規格Φ21.6 mm×8 300 mm 鋼絞線）每排布置3 根，間排距設計為2 000 mm、2 000 mm，在錨索下段位置使用鎖具、800 mm 工字梁預緊。具體圍巖支護設計見下頁圖2。

圖2 圍巖支護斷面圖（單位：mm）

2.2 頂板與煤柱幫三角區支護設計

由于頂板及煤柱部分位置裂隙發育，為此首先采用注漿方式對三角區煤巖體進行加固，注漿選用的材料為黏結材料（催化劑、馬麗散按照1∶1 比例混合而成）。在三角區內按照間距3 m 施工注漿鉆孔，鉆孔孔深均為5.0 m，注漿孔施工完成后向孔內注入黏結材料，注漿壓力設計為3～5 MPa，待注漿完成2.5 h 后方可開展后續掘進工作。在三角區位置施工一根20mm×2 500 mm 角錨桿，角錨桿有45°仰角、按照1 000 mm 間距布置；角錨桿下端頭（外露位置）與支護采用的L 型鋼棚，使用的L 型鋼棚寬300 mm、長2 500 mm，由地面機械廠加工制作。

2.3 巷幫支護設計

采面幫采用Φ20 mm×2 000 mm 螺紋鋼錨桿支護，每排布置4 根，按照間排距1 000 mm、1 000 mm布置。為提高采空區幫支護強度，巷道掘進至增壓區時采用Φ21.6 mm×4 000 mm 錨索支護，每排布置4根，間排距按照1 000 mm、1 000 mm 布置；最上部錨索與頂板間隔為300 mm。

待錨索施工完成后鄰近錨索采用圓鋼（規格30 mm）連接。在巷幫支護采用的L 型鋼棚由底座、頂梁以及棚腿等構成，頂梁以及棚腿長度分別為1 800 mm、3 800 mm，鋼棚按照1 000 mm 棚距布置。鋼棚與巷幫間空隙采用水泥背板充填密實、棚頂則直接與頂板密實接觸。

3 掘進過增壓區安全管控措施

由于31105 采空區穩定時間較短，僅為5 個月，31107 運輸巷在近采空區掘進時特別是掘進過增壓區時，圍巖存在一定程度應力集中且破碎，巷道開挖掘進后支護采用的錨網索容易出現失效問題，嚴重時甚至出現冒頂、嚴重片幫等情況。為此，巷道在掘進以及圍巖支護時應針對性地采取安全管控措施。

1）31107 運輸巷在增壓區內掘進時采用短掘短支、一掘一支放，采用機載前探梁強化空頂區支護。在施工期間強化圍巖變形以及頂板離層監測，為后續的支護參數調整提供參考。

2）定期對巷道煤柱幫以及頂板巖層進行鉆孔窺視，分析圍巖破碎層分布范圍，以便使得圍巖支護錨固端圍巖穩定于巖層內。

3）必要時可采用噴漿方式強化圍巖支護，在巷道掘進過程中應預留一定量的臨時支護材料，以便應急使用；當煤柱側或者頂板出現較大變形時，可采用單體、工字鋼進行強化支護。

4）由于巷道沿著煤層底板掘進，巷道頂板預留有一部分頂煤，為確保在增壓區內安全掘進，可適當縮小掘進進尺，具體將進尺控制在700 mm 以內。

4 結語

31107 運輸巷在近31105 采空區掘進時會遇到增壓區，在增壓區內圍巖出現一定程度應力集中、煤巖體破碎等問題，從而給巷道掘進以及支護帶來制約。為確保巷道掘進安全以及圍巖穩定，當巷道在增壓區內掘進時綜合采用密集錨索、三角區注漿、煤柱幫錨索以及L 型鋼棚等組合方式進行圍巖支護，并通過減少掘進進尺、及時支護等方式降低巷道圍巖變形量。現場應用實踐表明，文中采用的巷道圍巖支護技術可確保圍巖穩定，期間監測頂板、兩幫變形量最大分別為25 mm、18 mm，確保了巷道安全掘進。