小窑破坏区巷道支护技术研究

连志光

[摘要]某资源整合矿井新掘大断面巷道掘进过程遇到了小窑采空区支护难题，对小窑采空区分布情况进行了详细探测，根据探测结果对北回风大巷提出了常规段及小窑影响段支护方案，现场工业性试验结果表明：小窑采空区影响段采取锚网+对棚支护后，巷道支护效果良好，围岩变形得到有效控制。

[关键词]资源整合 小窑采空区 锚网 对棚

[中图分类号] TD353 [文献码] B [文章编号] 1000-405X（2015）-8-455-2

0前言

软岩巷道支护一直是煤矿生产建设中的难题，也是国内外还没有很好解决的一个问题，特别是深部礦井、断层破碎带、及矿井穿越小窑采空区等。近年来，随着国家对煤矿企业兼并重组工作的推进，某矿成为了兼并成组对象，由于整合之前的小矿井采用落后房柱式采煤法，资源回采率低，造成巨大的资源浪费，整合后该矿采用综合机械化采煤方式，矿井生产规模由1.0Mt/a提高至3.0Mt/a，为此提出了新掘大断面巷道（北回风大巷、北运输大巷）方案，巷道掘进中受前期小窑无序开采，受小窑采空区影响掘进巷道围岩破碎及应力环境恶化，且如今断面的变大提高了相应的支护难度，小窑采空区引起的水、瓦斯难题也困扰着该矿，因此急需对小窑破坏区巷道掘进及支护技术展开研究。

1工程概况

为满足3.0Mt大型矿井生产需求，该矿决定对原北下山回风巷、胶带巷进行延深，由东向西依次布置北回风巷、北胶带运输大巷和北辅助运输大巷三条主要开拓巷道。其中，北回风巷沿2#煤层顶板布置，北胶带运输大巷和北辅助运输大巷沿2#煤层底板布置，三条大巷中线相距40m，北回风巷和北胶带运输大巷靠工作面一侧各留设60m保护煤柱。

北回风大巷、北运输大巷位于井田北翼2#煤层内，设计总长度1054m，分别沿2#煤层顶、底板掘进。根据物探结果，巷道掘进区域内地质条件表现为：整体上简单，局部受小窑开采复杂。根据矿井5-2钻孔勘探结果，2#煤层为黑色半亮型煤，在煤层中下部含1～2层泥岩夹矸。从巷道施工区域揭露的煤层赋存状况看，2#煤层厚度变化不大，煤层平均厚度约6.6m，其直接顶板为泥岩，平均厚度1.85m；基本顶为细粒砂岩，平均厚度6.3m，钙质胶结较为坚硬；底板为泥岩、砂质泥岩；基本底为粉砂岩。

2小窑采空区探测分析

矿井采用地面物探、井下瞬变电磁法探测和巷道超前探测，对巷道掘进过程中遇到的小窑破坏区进行探测和判断，同时采用巷探等辅助探测手段，比较准确的判断小窑采空区的位置和影响区域，以北回风大巷掘进探测结果为例，探测结果如图1所示。

瞬变电磁法也成为时间域电磁分析法（TEM），其原理是利用不接地回线也可以接地线源向地下发射脉冲磁场，在脉冲磁场间歇期间，利用线圈或接地电极观测涡流场的方法，简单的说，瞬变电磁法的基本原理就是基于电磁感应定律，对于本矿井，瞬变电磁法的探测装置为2m×2m多匝重叠回线装置，发射线框及接收线框为匝数不等但完全分离的2个独立线框，以此与掘进巷道围岩含水异常体产生最佳耦合效果。

地面物探分析结果可以为初步确定小窑破坏区来提供参考，为运用其他探测手段提供大致的探测方向和探测范围，而井下掘进巷道瞬变电磁法超前探测能够比较准确圈定小窑采空区的积水情况，若还需要准备判断小窑采空区的空间分布情况，需要采取巷探的方式进行详细探测，探测内容包括小窑采空区的准确位置，与巷道的相对位置，采空区内部空间大小及内部水、瓦斯等情况，采空区详细探测的设备采用红外线测距仪，北回风大巷详细探测结果为掘进过程主要受三个小窑采空区影响，其主要情况如表1。

北回风巷顶锚杆间排距为0.9m×0.95m，帮锚杆间排距为0.88m×0.95m，其中顶角锚杆向外扎角35°，底角锚杆向下扎角10°辅助控制底鼓，底角锚杆距底板高度为550mm。顶帮锚杆各选用Φ22mm×2400mm、Φ18mm×2000mm高强左旋无纵筋螺纹钢锚杆，每根锚杆使用1支K2350（头部）和1支Z2350树脂锚固剂。锚杆托板采用150mm×150mm×10mm鼓形托板。要求每根锚杆预紧力矩均不得低于200N.m，并采用高强度Φ4mm自连钢筋网护表，沿巷道周向顶板布置Φ14mm钢筋梯子梁，帮部布置Φ10mm钢筋梯。顶板锚索采用5花眼布置形式，即成组锚索和点锚索交替布置，锚索托板采用250mm×250mm×12mm平托板。顶锚索规格为Φ17.8×6300mm。顶锚索间距1.8m，锚索排距1.9m，要求每个锚索孔使用1支K2350（头部）和2支Z2350树脂锚固剂，且锚索预紧力不得低于70kN。

3小窑采空区影响巷道支护方案

已有研究结果表明，小窑采空区会引起应力环境恶化，应力具有明显的方向性，以水平应力为主，并且垂直与最大主应力方向的巷道矿压显现较为强烈。由于垂直巷道走向方向上存在较大的水平应力，顶板原有节理裂隙在剪应力作用下，逐渐扩展，最后导致顶板出现宏观剪胀变形，若围岩中的应力水平大于岩体的强度，则使巷道的顶板岩层分层剥离。因此，在较高水平应力作用下，巷道顶板很易失稳破坏。另外受采空区影响，岩体原有节理、裂隙充分发育，新结构面产生，岩体沿结构面出现离层和滑动，迫使岩体更加破碎。掘进迎头采取多打炮眼、少装药、放小炮的放炮方式，减小放炮震动对原本破碎围岩的影响。巷道应及时支护，掘进过程中提前进行钻探，确定小窑采空区的准确位置，综合围岩监测对巷道进行加强支护。

为保障巷道掘进安全，北回风巷支护方案为：保持巷道锚杆间距及锚杆规格与全岩段支护参数保持不变，锚杆排距调整为900mm，顶锚索间距及锚索规格不变，锚索排距调整为900mm，呈五花眼形式布置，在采用锚网支护后对巷道采用11#矿工字钢对棚支护，棚距800mm。为保证支架整体性，沿巷道两帮距底板1.4m及巷顶距离帮400mm处布置连锁梁，通过工字钢梁和卡缆固定五组工字钢棚。北回风巷工字钢棚顶梁长5m，棚腿长3.85m，柱窝深度0.2m，顶板使用尺寸为1.7m×1.0m的钢筋网双层布置。对巷道表面进行喷浆，并视围岩破碎情况决定是否采用水泥背板。

架棚过程中如遇顶板存在冒落区的时应做如下处理：

（1）在工字钢顶梁上方应铺设一层钢筋网和一层菱形金属网，铺设方式应菱形金属网在上钢筋网在下。

（2）在金属网上方铺设木质背板，背板铺设应平整严密。

（3）对冒落区采用木垛进行充填，应保证整个冒落区被完全充填，使木垛接顶。

4结论

对北风大巷采取锚网支护+对棚支护后，即能发挥棚索被动支护良好的护表性能，特别对于小窑采空区造成的围岩及其破碎，而锚网支护又能发挥其主动承载性能，现场工业性试验后，围岩监测结果显示巷道围岩变形量小，巷道在20天内趋于稳定，两帮位移量为130mm、顶底板位移量为140mm，巷道支护效果良好，围岩变形得到有效控制。

参考文献

[1]陈炎光，陆士良.中国煤矿巷道围岩控制[M].中国矿业大学出版社，1994.