采空區下掘進及支護工藝技術研究

仵北京

摘? 要： 煤炭是保障國民經濟運行的重要資源，采用先進的巷道支護技術可以提高掘進支護的安全性、可靠性，更好地保證作業人員的生命安全。 當前，很多煤礦進行了整合重組，需要對礦井巷道進行優化，而礦井復采前已經存在采空區，存在巖體垮塌和覆巖破壞等問題。在巷道掘進施工過程中 存在頂板塌陷的風險，需要結合礦井實際情況，確定巷道掘進支護方式，徹底解決采空區圍巖巷道可靠性差的問題。

關鍵詞： 采礦工程;巷道掘進;支護技術;應用

1 工作面概況

13采區軌道大巷位于洛陽義安礦業有限公司一水平東翼東部，開采二 1煤層， 煤層傾角5～12°，平均6°，煤層開采標高在-200m～-310m之間， 煤 層厚度1.2m～3.1m，平均2.75m。該采區地質構造較簡單，根據Ⅱ期三維地 震勘探資料分析（包含13采區部分區域），本采區內控制斷裂構造5條， 該采區水文地質條件簡單，采區正常涌水量預計130 m3/h，最大涌水量預 計260m3/h。該采區屬煤與瓦斯突出區域，煤塵有爆炸性危險，二1煤層屬 三類不易自燃煤層。

2 實施背景

未修改前，過F29斷層前13采區軌道大巷距二1煤層頂板法距小于 5m，無法對二1煤層進行消突，根據我礦井總體實際情況，修改13采區三 條大巷過F29斷層前設計，修改后，過F29前13采區軌道大巷在二1煤層底 板6m的層位， 13采區軌道大巷W點至W5點（巖柱6m ）段共計368.6m，其 中有253m在12010工作面采空區下施工，為保證過采空區頂板支護施工安 全需提升采空區下掘進及支護形式。

3 采取的技術路線

3.1? 13采區軌道大巷斷面

采用4節3 6 U型棚+ 錨網， 3 6 U型棚 梁長3 .4 m ，腿長3 .3 m ，凈寬 5964mm，凈高3932mm ，S凈 = 19 m2 ，S掘 = 20.7m2 ，棚距700mm。

3.2? 13采區軌道大巷支護形式

（ 1 ）巷道全斷面從外往里使用5964型36U進行支護， 依次采用小圓 木、鋼筋網 +塑料網行及雙層荊芭背設，小圓木長1700mm ，緊貼36U型 鋼棚進行背設，凈間距300mm ，交錯背設;塑料網對接，孔孔必連每 隔200mm打一個死結，空幫、空頂部分用煤袋進行充填，要求靠幫接 頂，背牢背實。（ 2 ）頂板破碎是采用錨網索+36U聯合支護，錨桿規格 φ22 ×2400mm左旋錨桿，每根用一卷K2340和一卷Z2350型樹脂錨固劑， 錨桿間排距為800 ×800mm ，拱部每排6根，全斷面鋪設鋼筋網，規格 2000*1000mm，鋼筋網搭接長度100mm ，每隔200mm用12#鐵絲捆扎， 拱部以上錨桿的長度、安設角度隨采空區間距大小變化，原則與頂板成 最大夾角但不穿透采空區。在此期間對頂板上覆無采空區、無積水、頂 板堅硬完整性好煤柱區段仍采用了錨噴網加錨索支護。（ 3 ）對13采區 軌道大巷W點至W5段全斷面噴漿，噴漿混凝土配比為：水泥∶黃沙∶石 子∶速凝劑 = 1? ∶2? ∶2? ∶0.04 ，水灰比0.5 ：1 ，噴漿厚度100mm ;使用 錨網索+注控聯合支護則能夠有效將錨桿/錨索的支護作用與注漿加固的 作用組合起來，共同作用于巷道圍巖，通過注漿錨桿/錨索壓鑄有機或 無機漿液，漿液能夠滲透到鉆孔周圍較大范圍的煤巖體中，對出現松動 的煤巖體產生黏結固化作用，顯著改善其整體性，提高煤巖體的自撐能 力，從而大大改善巷道支護效果。與單純采用錨桿支護相比，由于錨注 支護既通過注漿加固了圍巖，又給錨桿錨索提供了可靠的著力基礎;既 能有效地提高圍巖的自身強度又能改善支護體的支護特性，使圍巖承載 能力得到顯著提高，巷道變形量明顯降低，是一種非常好的主動支護形 式，它具有強初撐、急增阻、高承載的特性，能夠比較好地解決高應力 區、斷層帶附近以及“三軟”地層由于巷道圍巖松動破碎和大變形引起 的錨固力迅速衰減和喪失的難題。高應力極軟巖巷道經錨注后，圍巖變 形量可降低80%左右，通過復注，圍巖強度進一步提高，受力狀態進一步改善，圍巖的變形量可降低到96%以上。

4 施工方法及措施

（ 1 ）施工工藝：敲幫問頂—→（打探眼）打眼放炮—→檢查瓦斯、頂 板—→初噴—→臨時支護—→出碴—→永久支護。（ 2 ）爆破：爆破工序 涉及到頂板、支護和瓦斯管理，嚴格放炮管理是這次過采空區施工關鍵環 節之一。對循環進度始終控制在600mm～800mm，針對頂板巖性、層間距 大小采取放小炮、縮小周邊眼間距控制裝藥量、減少放炮次數、預留的光 爆層用風鎬刷擴等措施。（ 3 ）臨時支護：放炮開幫壓頂后先敲幫問頂， 徹底處理活矸危巖，爾后初噴30mm～50mm全部封閉圍巖，用錨鏈鋼管式 前探支護，對空頂的圍巖及時有效以護，防止頂板離層。

5 主要研究內容

13采區軌道大巷掘進期間其中有253m在12010工作面采空區下施工， 采空區頂板破碎，需加強支護，應對巷道支護形式進行加強，防止冒頂事 故發生。

6 達到的主要技術指標

（ 1 ）嚴格執行“有疑必探，先探后掘”的原則，及時對掘進方式、支 護選型、瓦斯防止，積水排除統籌考慮，確定合理施工方案，現場嚴格執 行，確保了13軌道穿采空區施工安全生產。（ 2 ）順利穿過采空區，保證 了13采區正常接替，并為今后采區部署和系統優化設計提供了技術資料。 （ 3 ）在鄰近采空區條件下，克服頂板、瓦斯、積水諸多不利因素，使用 多元化支護形式、瓦斯綜合防治探放技術，為今后復雜條件下施工積累了 經驗，杜絕了頂板、瓦斯、透水事故。（ 4 ）13采區軌道大巷采空區下掘 進2021年10月～2022年12月預計過采空區施工巷道253米，若13軌道穿不過 采空區，重新修改設計，將要進行兩次揭煤，花費一年時間對巷道進行消 突，影響接替。

7 推廣應用情況

開創在采空區下掘進支護空白區，通過在采空區下加強支護，利用采 空區瓦斯釋放，避免因巷道掘進揭煤機瓦斯影響。無論從安全的角度，還 是效益的立場，都值得在公司有條件的煤礦推廣應用。

8 結束語

綜上所述，在煤礦采空區巷道掘進過程中，根據覆巖結構和承載強度 等設計支護加固方案，可以綜合支護技術。料石墻和頂幫注漿加固、水泥 基礎具有很好的支護效果，巷道圍巖也更為穩定，兩幫位移量、頂底板位 移量較小，可以更好地抑制圍巖變形。巷道綜合加固支護技術具有很好的適用性，在礦井綜合整治方面發揮了重要作用，具有很好的應用前景。

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