主斜井施工過老空區時的支護設計

李秀鋒

陜西聚眾福煤業有限責任公司 陜西延安 727307

工程概況：某煤炭資源公司在進行資源整合后，將某礦井單獨留存，面積為3.8161km2，批準開采的煤層為2-11#，一斜兩立方式延深開采下組煤層，即：新建主斜井、延深副立井、回風立井[1-2]。主斜井井筒斜長度980米，坡度為16度，巷道凈寬為5.1m，凈高度為3.65m，凈斷面積為15.82m2。按照地質鉆孔資料中的記錄，井筒自表土層施工開始，將依次穿過和揭露2#、3#、7#、8#、9#、10#多個含煤地層，最后在11#煤層的底板落底[3-4]。掘進至535m時，經過探測可知，再深入掘進32m后，即進入整合前礦井2#煤層回采工作面的采空區，斜井井筒穿過采空區的斜長約為50m[5]。

1 分析施工環境

采用近水平走向長壁式炮采工藝對2＃煤層回采工作面進行開采，回采區域內無陷落柱、斷層等不良地質結構，針對頂板，經過綜合性分析后，可采用全部垮落法進行管理，采高為2.18-2.83m，平均采高2.5m[6-7]。2#煤層的偽頂為灰黑色粉砂質層狀泥巖，平均厚度0.7m；直接頂為灰黑色層狀砂質泥巖，均厚1.8m；基本頂為灰白色層狀中粒砂巖，均厚8.54m；直接底為灰色細粒砂巖，均厚6.35m。

參照過采空區出現的頂板跨落記錄信息，整個采空區的頂板冒落情況良好，采空區三帶高度大致為：垮落帶7.5m左右，裂隙帶14.5m左右，彎曲下沉帶45m左右[8-9]。本區域2#煤層由于開采時間早，偽頂、直接頂巖層垮落破碎后基本上能夠將裂隙帶至采空區這一區域填滿，基本頂下沉斷裂的鉸接梁狀態比較穩定。采空區和主斜井的剖面位置關系圖見圖1所示。

圖1 主斜井與采空區剖面位置關系圖

2 支護方案的設計

在設計支護方案時，首先要遵循安全可靠的原則，具體指的就是保證支護密度、支護強度等多個指標，在確保掘進施工安全的基礎上，也要能夠保證可以達到永久支護的需要[10]；其次也要遵循經濟合理的原則，具體指的就是要確保支護方式，既能夠在單獨支護區段中獨立發揮出應有的作用，也能夠與相接區段的支護形成整體加固的作用。所采用的材料也容易獲取，從而有效降低支付成本。另外還應遵循便于施工，這一原則具體指的就是在掘進各工序間支護與其他工序之間，應能有機協調，避免產生影響，從而確保安全，降低成本，確?？梢园磿r完工，這樣不僅有利于操作，而且也能夠降低工人勞動的強度[11-12]。

綜上，按照主斜井井筒穿過采空區的斜長以及采空區具有的不穩定程度，結合充填方式、加固方式等多個不同的施工方法，將主斜井掘進方向的過采空區按長度進行合理的劃分，共計分成5個階段，在這其中第3段與第4段為重點支護區[13]。

按照2#煤層采空區“三帶”的實際分布情況，參照主斜井的掘進方向、斷面形狀以及鉆探的結果，合理對各支護區段采用相應的加強措施，從而確保主斜井井筒施工的安全性，也能夠保證主斜井井筒達到其的使用年限要求。

本次研究中，根據井筒穿過采空區間的支護設計方案，進行了綜合性的分析，最終選擇注漿+u型鋼+噴漿混合支護方案采空區[14-15]。

2.1 1段加固區的支護設計

該段巷道工作面揭露的頂、底板以2煤層基本頂為主，圍巖較穩定，支護設計方案為：錨網噴+鋼帶+U型鋼聯合支護，采用φ22x2000mm螺紋鋼錨桿錨固，間排距800x800mm，U型鋼：29U型加工制作，排距800mm，迎山角5°，支護長度

10m[16]。

2.2 2段加固區的支護設計

此巷道工作面的圍巖基本上以2#煤層基本頂下層為主，段末底板依次揭露2#煤層冒落充填帶，在進行支護時，重點在于強化頂板和兩幫支護為主，并提前對底板進行注漿加固，采用錨網噴+鋼帶+U型鋼棚+底板注漿這種支護方式，總支護長度為10m。采用豎直法進行注漿鉆孔，孔間、排距500mm，鉆孔的深度為：3000mm，終孔漿液擴散半徑≥600mm，漿液為C-S型。

為了能夠保證結石體的抗壓強度符合要求，應按照C==0.6:1（水灰比）、S= =40Be的體積進行C與S的配比，同時，需把握好水玻璃濃度，控制好凝膠的時間，通常在5min以內。

2.3 3段加固區支護設計

此巷道的工作揭露的巖層以2#煤層基本頂下層與2#煤層采空區冒落充填帶為主，所采用的支護方案為錨網索+鋼帶+U型棚加固拱，對底板和工作面的正前方進行提前注漿加固，總支護長度12m。采用平行巷道直孔的方式布置注漿孔，在確保注漿孔能夠沿巷道荒斷面的輪廓線分布，鉆孔深度2500mm，孔間距500mm，孔擴散半徑為600mm[17]。因為該巷道內的填充帶的充填空間比較大，所以，應使用CL-C型粘土水泥漿，將粘土作為主原材料，這樣不僅方便取材，而且也能夠減少成本的支出，向其中加入100kg/m3的425*水泥和20L/m3的鈉質水玻璃完成配比。錨網索+鋼帶+U型棚及底板注漿孔設計與1段、2段支護設計相同[18]。

2.4 4段加固區支護設計

此巷道也是支護設計中的重點，當掘進至此巷道時，已經全部進入2#煤采空區冒落帶，此時的支護對象則是2*煤層采空區充填的大塊松散巖體與壓密帶內較密實的小塊巖體。進行支護時，對冒落帶提前進行注漿填充與極加固，U型鋼棚架加密支護（棚距調整為600mm）跟進，縮小循環進度為600mm，整體支護長度27m左右。將注漿孔按照放射狀的性狀布置，鉆孔深度2000mm，孔間距500mm，確保最終孔的分布位置能夠在巷道輪廓線500mm以外，擴散半徑為1200mm，漿液仍以CL-C型粘土水泥漿為主。為了能夠進一步強化充填區的塑性強度，應調整水泥的參入量，同時也要調整鈉質水玻璃的參入量，分別按照125kg/m3和30L/m3的配比完成配置。

2.5 5段加固區支護設計

該段巷道掘進底板將逐漸進人原始、完整的2號煤層底板砂巖層，頂、幫仍以2*煤層采空冒落的密實帶為主。因此，支護對象以頂、幫為主，支護設計采用超前注漿加固，U型鋼棚加密支護跟進的方式。注漿孔呈扇形布置，鉆孔深度3000mm，孔間距500mm，保證終孔超出巷道輪廓線500mm，擴散半徑為600 mm，漿液采用C-S型，C/S的體積比同2段加固區漿液比例進行調制。

2.6 6段加固區支護設計

進入此巷道后，工作面的圍巖也進入了穩定區域，在此巷道內，采用錨網噴+鋼帶+U型鋼進行聯合聯合支護，支護參數同1段加固區，支護長度10m。

3 施工組織

（1）為確保施工人員人身安全，應對井下的作業環境加以改善，降低粉塵濃度，在地面井口搭建臨時制漿點，而后完成制漿。

（2）注漿孔開孔直徑為110mm，下外徑為108mm，注漿孔直徑為75mm。

（3）因漿液容易向上擴散，所以，在進行注漿施工的過程中過，應先對位于頂板的注漿孔進行鉆注，接下來對巷道兩側的注漿孔進行鉆注，最后對底部的鉆孔進行鉆注。如果巷道內的注漿孔呈現多圈分布的形式，則也需要按照上述順序進行鉆注，從內圈孔逐漸向外圈孔鉆注。

（4）進行注漿孔鉆注時，應保持均勻鉆入，盡量少挪動鉆具，避免發生塌孔的問題。

（5）對孔內沖洗液的循環情況和坍塌情況進行時時關注，如果沖洗液流漏過多，或孔內發生坍塌的情況，需立即停止鉆注，必要的情況下，也可以重新打孔進行鉆注。

（6）注漿時，應先對2#煤采空區冒落充填帶注漿，后對壓實帶注漿。

（7）完成初噴工作后，再進行U型棚的架設。

（8）完成注漿工序12h后才可以進行掘進工序，只有這樣才能夠達到加固的作用，并為掘進工序的開展營造良好的施工環境和施工條件。

4 結語

主斜井穿過采空區域采用多種聯合支護方式，但是在實際施工過程中，應針對施工設備、施工材料等成本因素和安全因素進行綜合考慮，在工期的要求下，盡可能的降低施工成本，滿足施工安全的要求。本次施工中，綜合治理巷道長度近90m。采空區穿過時及穿過后的礦壓觀測及數據顯示，圍巖始終處于穩定狀態，巷道能夠正常使用，整體效果良好。