采空区下掘进及支护工艺技术研究

仵北京

摘  要： 煤炭是保障国民经济运行的重要资源，采用先进的巷道支护技术可以提高掘进支护的安全性、可靠性，更好地保证作业人员的生命安全。 当前，很多煤矿进行了整合重组，需要对矿井巷道进行优化，而矿井复采前已经存在采空区，存在岩体垮塌和覆岩破坏等问题。在巷道掘进施工过程中 存在顶板塌陷的风险，需要结合矿井实际情况，确定巷道掘进支护方式，彻底解决采空区围岩巷道可靠性差的问题。

关键词： 采矿工程;巷道掘进;支护技术;应用

1 工作面概况

13采区轨道大巷位于洛阳义安矿业有限公司一水平东翼东部，开采二 1煤层， 煤层倾角5～12°，平均6°，煤层开采标高在-200m～-310m之间， 煤 层厚度1.2m～3.1m，平均2.75m。该采区地质构造较简单，根据Ⅱ期三维地 震勘探资料分析（包含13采区部分区域），本采区内控制断裂构造5条， 该采区水文地质条件简单，采区正常涌水量预计130 m3/h，最大涌水量预 计260m3/h。该采区属煤与瓦斯突出区域，煤尘有爆炸性危险，二1煤层属 三类不易自燃煤层。

2 实施背景

未修改前，过F29断层前13采区轨道大巷距二1煤层顶板法距小于 5m，无法对二1煤层进行消突，根据我矿井总体实际情况，修改13采区三 条大巷过F29断层前设计，修改后，过F29前13采区轨道大巷在二1煤层底 板6m的层位， 13采区轨道大巷W点至W5点（岩柱6m ）段共计368.6m，其 中有253m在12010工作面采空区下施工，为保证过采空区顶板支护施工安 全需提升采空区下掘进及支护形式。

3 采取的技术路线

3.1  13采区轨道大巷断面

采用4节3 6 U型棚+ 锚网， 3 6 U型棚 梁长3 .4 m ，腿长3 .3 m ，净宽 5964mm，净高3932mm ，S净 = 19 m2 ，S掘 = 20.7m2 ，棚距700mm。

3.2  13采区轨道大巷支护形式

（ 1 ）巷道全断面从外往里使用5964型36U進行支护， 依次采用小圆 木、钢筋网 +塑料网行及双层荆芭背设，小圆木长1700mm ，紧贴36U型 钢棚进行背设，净间距300mm ，交错背设;塑料网对接，孔孔必连每 隔200mm打一个死结，空帮、空顶部分用煤袋进行充填，要求靠帮接 顶，背牢背实。（ 2 ）顶板破碎是采用锚网索+36U联合支护，锚杆规格 φ22 ×2400mm左旋锚杆，每根用一卷K2340和一卷Z2350型树脂锚固剂， 锚杆间排距为800 ×800mm ，拱部每排6根，全断面铺设钢筋网，规格 2000*1000mm，钢筋网搭接长度100mm ，每隔200mm用12#铁丝捆扎， 拱部以上锚杆的长度、安设角度随采空区间距大小变化，原则与顶板成 最大夹角但不穿透采空区。在此期间对顶板上覆无采空区、无积水、顶 板坚硬完整性好煤柱区段仍采用了锚喷网加锚索支护。（ 3 ）对13采区 轨道大巷W点至W5段全断面喷浆，喷浆混凝土配比为：水泥∶黄沙∶石 子∶速凝剂 = 1  ∶2  ∶2  ∶0.04 ，水灰比0.5 ：1 ，喷浆厚度100mm ;使用 锚网索+注控联合支护则能够有效将锚杆/锚索的支护作用与注浆加固的 作用组合起来，共同作用于巷道围岩，通过注浆锚杆/锚索压铸有机或 无机浆液，浆液能够渗透到钻孔周围较大范围的煤岩体中，对出现松动 的煤岩体产生黏结固化作用，显著改善其整体性，提高煤岩体的自撑能 力，从而大大改善巷道支护效果。与单纯采用锚杆支护相比，由于锚注 支护既通过注浆加固了围岩，又给锚杆锚索提供了可靠的着力基础;既 能有效地提高围岩的自身强度又能改善支护体的支护特性，使围岩承载 能力得到显著提高，巷道变形量明显降低，是一种非常好的主动支护形 式，它具有强初撑、急增阻、高承载的特性，能够比较好地解决高应力 区、断层带附近以及“三软”地层由于巷道围岩松动破碎和大变形引起 的锚固力迅速衰减和丧失的难题。高应力极软岩巷道经锚注后，围岩变 形量可降低80%左右，通过复注，围岩强度进一步提高，受力状态进一步改善，围岩的变形量可降低到96%以上。

4 施工方法及措施

（ 1 ）施工工艺：敲帮问顶—→（打探眼）打眼放炮—→检查瓦斯、顶 板—→初喷—→临时支护—→出碴—→永久支护。（ 2 ）爆破：爆破工序 涉及到顶板、支护和瓦斯管理，严格放炮管理是这次过采空区施工关键环 节之一。对循环进度始终控制在600mm～800mm，针对顶板岩性、层间距 大小采取放小炮、缩小周边眼间距控制装药量、减少放炮次数、预留的光 爆层用风镐刷扩等措施。（ 3 ）临时支护：放炮开帮压顶后先敲帮问顶， 彻底处理活矸危岩，尔后初喷30mm～50mm全部封闭围岩，用锚链钢管式 前探支护，对空顶的围岩及时有效以护，防止顶板离层。

5 主要研究内容

13采区轨道大巷掘进期间其中有253m在12010工作面采空区下施工， 采空区顶板破碎，需加强支护，应对巷道支护形式进行加强，防止冒顶事 故发生。

6 达到的主要技术指标

（ 1 ）严格执行“有疑必探，先探后掘”的原则，及时对掘进方式、支 护选型、瓦斯防止，积水排除统筹考虑，确定合理施工方案，现场严格执 行，确保了13轨道穿采空区施工安全生产。（ 2 ）顺利穿过采空区，保证 了13采区正常接替，并为今后采区部署和系统优化设计提供了技术资料。 （ 3 ）在邻近采空区条件下，克服顶板、瓦斯、积水诸多不利因素，使用 多元化支护形式、瓦斯综合防治探放技术，为今后复杂条件下施工积累了 经验，杜绝了顶板、瓦斯、透水事故。（ 4 ）13采区轨道大巷采空区下掘 进2021年10月～2022年12月预计过采空区施工巷道253米，若13轨道穿不过 采空区，重新修改设计，将要进行两次揭煤，花费一年时间对巷道进行消 突，影响接替。

7 推广应用情况

开创在采空区下掘进支护空白区，通过在采空区下加强支护，利用采 空区瓦斯释放，避免因巷道掘进揭煤机瓦斯影响。无论从安全的角度，还 是效益的立场，都值得在公司有条件的煤矿推广应用。

8 结束语

综上所述，在煤矿采空区巷道掘进过程中，根据覆岩结构和承载强度 等设计支护加固方案，可以综合支护技术。料石墙和顶帮注浆加固、水泥 基础具有很好的支护效果，巷道围岩也更为稳定，两帮位移量、顶底板位 移量较小，可以更好地抑制围岩变形。巷道综合加固支护技术具有很好的适用性，在矿井综合整治方面发挥了重要作用，具有很好的应用前景。

参考文献：

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