復雜地質條件采空區下回采巷道掘進支護技術研究

王 晉

（汾西礦業正城煤業，山西 孝義 032300）

隨著礦井采掘深度增加，開采煤層賦存條件更趨復雜，給煤炭開采以及回采巷道掘進等均帶來一定制約[1-3]。部分礦井開采煤層為近距離煤層群，如河南平頂山、山西大同、貴州六盤水、山東新汶等，開采時上覆煤層回采完畢后往往會導致煤層底板裂隙發育，從而給下覆煤層回采巷道掘進、采面頂板控制等帶來影響[4-5]。當復雜地質條件下回采巷道位于近距離煤層群采空區下覆施工巷道時，巷道掘進以及支護期間面臨頂板冒落、圍巖控制難度加大等問題[6-7]。

1 工程概況

山西某礦現階段回采時間已超過45 年，礦井井田面積為15.98 m2，設計產能280 萬t/年。礦井井田范圍內可采煤層包括有2-1、2-2、7 號、9 號、11號等多層煤層，煤層間距一般在15～30 m 間，部分區域煤層間距在10 m 以內。隨著礦井開采時間增加，現階段淺部的2-1 號、2-2 號煤層已基本回采完畢，生產逐漸向7 號、9 號煤層轉移。7 號煤層與9 號煤層為近距離煤層區，內層厚度分別為3.8 m、2.5 m，頂底板巖性以粉砂巖、泥巖等為主，煤層間間距平均為15 m，在局部范圍內煤層間間距縮小至5 m。

7 號開采完畢后，導致9 號煤層頂板巖層裂隙發育、頂板破碎，回采巷道在7 號煤層采空區下掘進時面臨較大困難。30903 運輸巷涉及掘進長度1 203 m，根據已有地質資料顯示，巷道掘進會揭露斷層、小型陷落柱等構造，為確保巷道圍巖穩定，提出采用錨網索+工字鋼架棚方式支護圍巖。

2 圍巖支護技術

2.1 圍巖支護重點分析

30903 運輸巷頂板與上覆7 號煤層采空區間間距較小，7 號煤層開采后導致巷道頂板巖層裂隙發育，加之地質構造影響，局部區域巷道頂板破碎嚴重。巷道圍巖支護時需要重點注意頂板管理、掘進初期管理以及淋水影響。

1）強化頂板管理。當30903 運輸巷掘進遇到頂板破碎且漏頂較為嚴重區域是，可采用馬麗散對頂板破碎巖層進行加固，并對潛在的漏頂區域進行充填；采用鋼架棚、高強錨桿（索）強化圍巖支護，降低圍巖變形量。

2）強化掘進初期支護強度。在巷道完成初期掘進后，要及時給圍巖足夠初期支護強度，將巷道初期圍巖變形控制在一定范圍內。通過強化初期支護，避免破碎圍巖或者承載結構失穩導致巷道需要頻繁修整問題。

3）注意淋水影響。經過超前探測，發現7 號煤層局部位置存在一定積水，積水量整體較小不會導致掘進期間出現突水問題，但是少量積水會從頂板裂隙淋水，從而弱化圍巖性質、支護體系承載能力以及穩定性等。因此，在巷道掘進以及圍巖支護期間應強化淋水問題控制。

2.2 圍巖支護方案設計

30903 運輸巷圍巖支護面臨的主要問題是圍巖破碎，鋼支架、砌碹等支護方式均可增強支護結構表面強度，降低圍巖變形量；采用噴漿、壁后充填等方式可改善支架受力；錨桿、錨索等主動支護技術可充分利用圍巖自身穩定性及承載能力；注漿可改善圍巖力學性質，將破碎圍巖膠結為結構相對完整整體。文中結合以往施工經驗，從施工成本、圍巖控制效果以及施工效率等方面出發，提出主動、被動支護相結合支護方案，即采用鋼架棚對破碎圍巖巷道表面提供強支護，錨桿、錨索支護降低圍巖變形量。

30903 運輸巷為梯形斷面，凈高2.2 m，巷道斷面上寬、下寬分別為2.8 m、3.6 m。巷道具體支護策略：采用高強錨桿、金屬網控制淺部破碎巖體變形，提高巷道頂板巖體穩定性；采用鋼架棚給巷道表面巖體較強的支護強度，避免巷道圍巖出現整體失穩、垮落等情況。具體支護設計見圖1 所示。

圖1 巷道支護斷面圖（mm）

巷道頂板采用螺紋鋼錨桿（Φ22 mm×2 200 mm）支護，每排布置4 根，按照800 mm×1 000 mm 間排距布置錨桿，靠近巷幫位置的兩根錨桿外插15°，中間2 根錨桿垂直頂板布置；頂錨桿配套使用方形托盤（120 mm×120 mm×8 mm）護表，配合使用的金屬網網片采用8 號鋼絲編織而成。

巷道兩幫每幫布置2 根錨桿（Φ22mm×2200mm）錨桿間排距均為1 000 mm，巷幫上下2 根錨桿與頂板、底板間間距分別控制在600 mm，使用與頂板一致的金屬網進行護表。

鋼架棚采用11 號工字鋼，架設棚距為1 000 mm，頂部及巷幫架棚采用圓木背實，以便給巷道表面巖體提供較強的支撐力。

3 圍巖控制效果分析

在30903 運輸巷內布置測點對圍巖支護效果進行分析，其中1 號測點距掘進迎頭10 m、2 號測點距掘進迎頭50 m，在測點內對圍巖變形（頂底板、巷幫變形量）、支架變形進行監測。具體布置的測點內圍巖變形監測結果見圖2 所示。

圖2 測點圍巖變形量監測結果

從圖2 看出，2 個測點中巷道圍巖變形規律相近，在監測初期（監測一周內）圍巖變形量增加速度較快；后隨著支護時間增加，圍巖變形量逐漸趨于穩定，其中1 號測點頂底板、兩幫變形量分別穩定到163.60 mm、81.33 mm，2 號測點頂底板、兩幫頂底板、兩幫變形量分別穩定到158.60 mm、76.69 mm。通過監測發現，30903 運輸巷采用文中所述支護方案時，頂底板、兩幫最大變形量占巷道斷面尺寸分別為7.4%、2.4%，圍巖變形量整體較小，可滿足后續通風、行人以及運輸等需求。2 個測點發現支護采用的鋼架棚基本未出現變形，同時頂板破碎巖體未出現冒落問題。

綜合監測結果判定，采用的支護方案可滿足圍巖控制需要，可確保巷道使用安全。

4 結論

30903 運輸巷在7 號煤層采空區下方掘進，受到上覆煤層采動以及地質構造等綜合影響，運輸巷頂板巖體破碎，巷道掘進過程中面臨較大的頂板巖層冒落、圍巖變形量大以及控制困難等問題。根據以往圍巖支護經驗并結合現場實際情況，提出采用鋼架棚、高強錨桿、金屬網相結合方式對圍巖進行控制，并具體給出圍巖支護參數。

現場應用后，布置測點對30903 運輸巷圍巖變形量以及鋼架棚變形情況進行監測，發現巷道圍巖變形整體較小，鋼架棚未變形，可為巷道后續使用創造良好條件。