近采空区巷道掘进及支护技术研究

杨文宇

（山西焦煤汾西矿业宜兴煤业， 山西 孝义 032300）

引言

现阶段矿井一般采用留设保护煤柱的方式保护回采巷道，巷道围岩变形情况、支护效果与留设煤柱宽度、支护参数等密切相关[1-2]。锚杆支护是现阶段矿井最为常用的支护方式，具有支护强度高、成本低、围岩控制效果好等优点[3]。众多的技术人员以及科研人员对锚杆与围岩相互作用机理以及现场应用效果等进行研究，并取得显著成果[4-5]。当回采巷道靠近采空区掘进时，巷道围岩变形以及掘进受采空区影响较为明显，当巷道掘进至高应力区（采空区侧向应力集中区域）时，巷道围岩控制难度较大[6-8]。为此，文中就对矿井巷道在近采空区内掘进以及围岩支护技术展开探讨，以期为类似情况下其他巷道掘进及支护工作开展提供经验借鉴。

1 山西某矿31107 运输巷工程概况

山西某矿31107 运输巷位于11 号煤层3 采区，巷道东侧为盘区巷道、西侧为采区边界，南侧为实体煤，北侧为采空区，具体巷道位置关系见图1。31107运输巷主要用以行人以及回风，巷道断面为矩形（净宽5.5 m、净高3.8 m），沿着11 号煤层底板掘进，巷道采用综掘方式、锚网索方式支护围岩，现阶段巷道已掘进905 m。在31107 运输巷掘进范围内11 号煤层顶板为复合顶板，岩性以炭质泥岩、煤线、粉砂岩以及页岩等为主。31107 运输巷与邻近的31105 回风巷采空区留设有宽20 m 护巷煤柱，由于31105 回风巷内在500 m、1 200 m 位置分别布置有2 个硐室（2 个硐室宽度均为5 m），从而导致护巷煤柱局部宽度仅为15 m。

图1 巷道位置关系图

根据已有的地质资料以及矿压监测资料显示，31107 运输巷在掘进至500 m、1 200 m 位置时会出现不同程度的顶板破碎、巷帮应力集中等问题，预计影响区长度为20 m。为确保31107 运输巷掘进安全，该矿技术科以及掘进工区通过综合分析，提出采用密集锚索+架棚+注浆方式支护围岩。

2 围岩支护技术

31107 运输巷在正常掘进期间采用锚网索支护工艺，在掘进至采空区影响增压区时则采用强支护以及注浆方式控制围岩。

2.1 顶板支护设计

在增压区内为确保顶板岩层稳定并控制下沉量，采用密集锚索、JW 钢带组合方式进行密集支护。在巷道顶板按照排距1.0 m 密集施工6 根锚索（规格Φ21.6 mm×3 500 mm），锚索采用2 支锚固剂（型号分别为MSKC23/35、MSKC23/60）锚固。采用JW 钢带（长×宽=5 300 mm×250 mm）配合密集锚索强化顶板表面岩体支护强度。

补强锚索（规格Φ21.6 mm×8 300 mm 钢绞线）每排布置3 根，间排距设计为2 000 mm、2 000 mm，在锚索下段位置使用锁具、800 mm 工字梁预紧。具体围岩支护设计见下页图2。

图2 围岩支护断面图（单位：mm）

2.2 顶板与煤柱帮三角区支护设计

由于顶板及煤柱部分位置裂隙发育，为此首先采用注浆方式对三角区煤岩体进行加固，注浆选用的材料为黏结材料（催化剂、马丽散按照1∶1 比例混合而成）。在三角区内按照间距3 m 施工注浆钻孔，钻孔孔深均为5.0 m，注浆孔施工完成后向孔内注入黏结材料，注浆压力设计为3～5 MPa，待注浆完成2.5 h 后方可开展后续掘进工作。在三角区位置施工一根20mm×2 500 mm 角锚杆，角锚杆有45°仰角、按照1 000 mm 间距布置；角锚杆下端头（外露位置）与支护采用的L 型钢棚，使用的L 型钢棚宽300 mm、长2 500 mm，由地面机械厂加工制作。

2.3 巷帮支护设计

采面帮采用Φ20 mm×2 000 mm 螺纹钢锚杆支护，每排布置4 根，按照间排距1 000 mm、1 000 mm布置。为提高采空区帮支护强度，巷道掘进至增压区时采用Φ21.6 mm×4 000 mm 锚索支护，每排布置4根，间排距按照1 000 mm、1 000 mm 布置；最上部锚索与顶板间隔为300 mm。

待锚索施工完成后邻近锚索采用圆钢（规格30 mm）连接。在巷帮支护采用的L 型钢棚由底座、顶梁以及棚腿等构成，顶梁以及棚腿长度分别为1 800 mm、3 800 mm，钢棚按照1 000 mm 棚距布置。钢棚与巷帮间空隙采用水泥背板充填密实、棚顶则直接与顶板密实接触。

3 掘进过增压区安全管控措施

由于31105 采空区稳定时间较短，仅为5 个月，31107 运输巷在近采空区掘进时特别是掘进过增压区时，围岩存在一定程度应力集中且破碎，巷道开挖掘进后支护采用的锚网索容易出现失效问题，严重时甚至出现冒顶、严重片帮等情况。为此，巷道在掘进以及围岩支护时应针对性地采取安全管控措施。

1）31107 运输巷在增压区内掘进时采用短掘短支、一掘一支放，采用机载前探梁强化空顶区支护。在施工期间强化围岩变形以及顶板离层监测，为后续的支护参数调整提供参考。

2）定期对巷道煤柱帮以及顶板岩层进行钻孔窥视，分析围岩破碎层分布范围，以便使得围岩支护锚固端围岩稳定于岩层内。

3）必要时可采用喷浆方式强化围岩支护，在巷道掘进过程中应预留一定量的临时支护材料，以便应急使用；当煤柱侧或者顶板出现较大变形时，可采用单体、工字钢进行强化支护。

4）由于巷道沿着煤层底板掘进，巷道顶板预留有一部分顶煤，为确保在增压区内安全掘进，可适当缩小掘进进尺，具体将进尺控制在700 mm 以内。

4 结语

31107 运输巷在近31105 采空区掘进时会遇到增压区，在增压区内围岩出现一定程度应力集中、煤岩体破碎等问题，从而给巷道掘进以及支护带来制约。为确保巷道掘进安全以及围岩稳定，当巷道在增压区内掘进时综合采用密集锚索、三角区注浆、煤柱帮锚索以及L 型钢棚等组合方式进行围岩支护，并通过减少掘进进尺、及时支护等方式降低巷道围岩变形量。现场应用实践表明，文中采用的巷道围岩支护技术可确保围岩稳定，期间监测顶板、两帮变形量最大分别为25 mm、18 mm，确保了巷道安全掘进。