掘进巷道快速过采空区的围岩控制技术研究

2020-03-05刘真

山东煤炭科技 2020年2期

刘真

（山西宏厦第一建设有限责任公司，山西阳泉 045008）

煤矿在整合重组后，巷道掘进过程中极其容易出现揭露已采工作面采空区的现象[1-3]。由于已采工作面采空区内部为已垮落的顶板岩层岩石，且采空区上部岩层在煤层巷道掘进过程中将会随着巷道的不断掘进而不断垮落，形成高冒区，使得煤层巷道掘进后的巷道围岩变形量增大，维护难度加大。本文以山西四明山矿煤层巷道掘进过已采工作面采空区的工程为背景，提出安全有效的巷道围岩控制方法，为其他类似整合矿井煤层巷道掘进过已采工作面采空区提供参考。

1 概况

山西四明山煤矿在整合重组过程中，将原先周围民营煤矿及上世纪开采的小煤窑等全部整合起来。为保证采掘平衡，同时减少巷道掘进长度和成本，该矿出现煤层巷道掘进过程中过相邻民营煤矿已采工作面采空区的现象。该矿目前主采4号煤层，相邻民营煤矿已采工作面采空区已经形成约10年左右，经探测采空区的围岩处于相对稳定状态，4号煤层的已采工作面采空区顶板的冒落高度约4～6m。为保证掘进巷道能够快速且安全地通过已采工作面采空区，需要对采空区域的顶板围岩加以控制。4号煤层顶底板岩性如图1所示。

2 掘进巷道过已采工作面采空区围岩控制技术

根据煤层巷道掘进过已采工作面采空区的围岩应力分布规律，结合4号煤层34205已采工作面采空区范围内的地质概况，将巷道掘进过程分为以下三个阶段：揭露已采工作面采空区前、揭露已采工作面采空区中和揭露已采工作面采空区后。针对以上三个阶段的巷道围岩控制提出不同的技术措施。

（1）揭露已采工作面采空区前围岩控制技术

当掘进巷道的位置与采空区揭露点的距离约为45m时，掘进头进入了高应力的区域。在该区域内，采用锚杆-锚索-金属网-钢带联合支护方式[4-5]。该方法可有效利用支护设备性能，提高巷道围岩的稳定性。而对于掘进工作面围岩较破碎的区域，则采用金属钢支架对该区域内围岩进行加强支护，从而有效增强其围岩的稳定性。当掘进巷道的位置与采空区揭露点的距离约为25m时，掘进工作面进入巷道围岩原岩应力区和应力降低区。在该区域内，巷道围岩整体发生破坏，裂隙发育贯通，因此在采用上述联合支护的方法外，还必须采用超前注浆加固的方法，对掘进巷道围岩破碎的范围进行有效的加固，提高掘进巷道围岩稳定性。

图1 4号煤层顶底板岩性

（2）揭露已采工作面采空区中围岩控制技术

当掘进巷道在采空区内掘进的32m范围内，巷道顶板和两帮的围岩极为破碎，因此必须采用超前注浆加固的方法对掘进巷道的顶板和两帮围岩进行加固。同时加入锚索-金属网-钢带-金属钢支架等补强支护措施，进而充分发挥锚索的悬吊作用和金属支架的支承作用。此外，为防止因围岩风化而出现巷道漏风的危险现象，需要对巷道围岩进行喷浆。

（3）揭露已采工作面采空区后围岩控制技术

与第一阶段的施工方法相同，在应力降低区和原岩应力区内的25m范围内，需配合注浆加固掘进工作面巷道围岩。当掘进过采空区45m范围后，取消注浆加固措施，恢复原支护方案。

3 工程实例

3.1 巷道原支护方案

34206工作面轨道顺槽宽度为4200mm，高度为3500mm，为矩形巷道。原有支护方式：顶板布置4根直径为20mm、长度为2.0m的锚杆，锚杆的间距和排距均设计为1000mm；巷帮锚杆规格和支护密度与顶板相同。巷道锚杆布置方案如图2所示。

图2 巷道锚杆布置方案图

3.2 掘进巷道过已采工作面采空区支护方法

（1）锚杆-锚索-金属网-钢带联合支护方法

34206工作面轨道顺槽采用锚杆-锚索-金属网-钢带联合支护方式，支护断面如图3所示。巷道顶锚杆采用直径为22mm、长度为2.4m的高强度锚杆，并加入高强度高延伸率锚索作为补强支护，锚索直径为18mm，长度为8.0m。每根锚杆和锚索都配有钢带，钢带长度4000mm。锚杆间距和排距均为800mm，锚索间距和排距均为1600mm。

巷道两帮同样采用锚杆与锚索联合支护的方法，锚杆、锚索的规格和参数与顶板相同，此外加入金属网进行补强，金属网规格为25mm×25mm的菱形金属网。通过上述支护方案，能够大大减少34206工作面轨道顺槽掘进工作面的巷道变形，以提高巷道围岩稳定性。

（2）锚杆-锚索-金属网-钢带-金属钢支架联合支护方法

该种支护方法中所使用的锚杆、锚索、钢带和金属网与（1）中相同，只是在巷道围岩十分破碎的范围内，采用金属钢支架对巷道顶板和两帮的破碎围岩进行加强支护，进而有效控制巷道围岩严重变形。巷道顶板采用金属钢支架进行支护，金属钢支架长2000mm，排距800mm，间距800mm。

（3）掘进工作面巷道喷浆方法

为了有效防止掘进工作面巷道围岩由于风化等原因而出现漏风的现象，利用检修进行巷道围岩喷浆。巷道围岩喷浆厚度为20mm，减少巷道围岩暴露的时间，减小巷道围岩的风化程度，实现掘进巷道快速安全地通过已采工作面采空区。

图3 联合支护示意图

（4）掘进工作面超前注浆加固方法

在工作面进入原岩应力区和应力降低区后，由于巷道围岩整体发生了破坏且巷道围岩裂隙发育，因此除了上述所述的联合支护和巷道围岩喷浆技术外，还必须对巷道围岩进行注浆加固，以提高巷道围岩的稳定性。注浆加固材料可以选用水泥浆材料或者水玻璃材料，同时配合以锚杆-锚索-金属网-钢带-金属钢支架联合支护技术以达到良好的支护效果。