采礦工程采空區(qū)巷道掘進(jìn)支護(hù)技術(shù)淺議

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摘要：礦井復(fù)采會(huì)給采空區(qū)帶來(lái)安全方面的問(wèn)題，應(yīng)該結(jié)合巷道高冒區(qū)、空巷情況，采取綜合支護(hù)技術(shù)對(duì)圍巖進(jìn)行加固。結(jié)合具體案例，對(duì)注漿加固、巷道支護(hù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，并對(duì)支護(hù)方案的可行性進(jìn)行探討，以期為相關(guān)工作提供參考。

關(guān)鍵詞：采空區(qū)巷道；掘進(jìn)支護(hù)；注漿加固

煤炭是保障國(guó)民經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的重要資源，采用先進(jìn)的巷道支護(hù)技術(shù)可以提高掘進(jìn)支護(hù)的安全性、可靠性，更好地保證作業(yè)人員的生命安全。當(dāng)前，很多煤礦進(jìn)行了整合重組，需要對(duì)礦井巷道進(jìn)行優(yōu)化，而礦井復(fù)采前已經(jīng)存在采空區(qū)，存在巖體垮塌和覆巖破壞等問(wèn)題。在巷道掘進(jìn)施工過(guò)程中存在頂板塌陷的風(fēng)險(xiǎn)，需要結(jié)合礦井實(shí)際情況，確定巷道掘進(jìn)支護(hù)方式，徹底解決采空區(qū)圍巖巷道可靠性差的問(wèn)題[1]。A礦井掘進(jìn)回風(fēng)巷南段至立井103m區(qū)間內(nèi)存在采空區(qū)與空巷，巖體存在垮落和頂板塌陷傾向，頂板上已經(jīng)生成高冒區(qū)，煤層傾斜角度接近水平，頂?shù)装鍨槟鄮r，存在裂縫發(fā)育，空巷落煤矸高度在3～4m，兩幫容易破碎。

1注漿加固方案設(shè)計(jì)

回風(fēng)巷上部覆巖為砂質(zhì)泥巖，通過(guò)對(duì)冒落帶及導(dǎo)水裂縫高度進(jìn)行計(jì)算，確定中硬巖石垮落3～4m，冒落帶為13～17m，導(dǎo)水裂縫高度為35～48m。掘進(jìn)巷道位于冒落區(qū)應(yīng)力減小部位，對(duì)破碎圍巖進(jìn)行加固處理則可以提高巷道的穩(wěn)定性、安全性，而且可以采用注漿加固支護(hù)技術(shù)。對(duì)于高冒區(qū)，采空區(qū)裂隙多，可以通過(guò)注漿方式來(lái)提升圍巖強(qiáng)度，而泥巖是圍巖的主要成分。由于存在很多裂縫，需要采用化學(xué)漿液來(lái)進(jìn)行注漿加固[2]。加固支護(hù)選用的材料為固瑞特，施工時(shí)，將其與漏必堵聯(lián)合應(yīng)用，可以減少材料消耗量。以加快施工進(jìn)度為設(shè)計(jì)原則，根據(jù)煤礦安全生產(chǎn)要求設(shè)計(jì)注漿加固方案。掘進(jìn)作業(yè)到冒落帶區(qū)域時(shí)，存在冒頂和空頂?shù)葐?wèn)題，容易引發(fā)安全事故。鑒于此，先應(yīng)用漏必堵進(jìn)行填充后形成人工頂板，進(jìn)行填充作業(yè)前需要在上方設(shè)置木板、風(fēng)筒布等來(lái)防止材料漏漿?；仫L(fēng)巷中心作為布置鉆孔的基準(zhǔn)，首排間距為1m，頂板孔深度為5m，傾斜角度為45°。第二排鉆孔在首排鉆孔下側(cè)0.5m，間距0.5m，孔深5m，傾斜角度10°。巷道頂板注漿加固與化學(xué)注漿加固工藝如圖1所示。注漿加固可以更好地控制圍巖變形和提高圍巖密實(shí)度，確保巷道的穩(wěn)定性與安全性[3]。

2巷道支護(hù)方案設(shè)計(jì)

結(jié)合煤礦圍巖強(qiáng)度強(qiáng)化的相關(guān)理論，對(duì)采空區(qū)巷道圍巖支護(hù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，將提升圍巖強(qiáng)度、承載能力作為主要目標(biāo)。

2.1高冒區(qū)巷道支護(hù)

a)采用頂板錨網(wǎng)索支護(hù)方式確定高強(qiáng)度鋼錨桿規(guī)格型號(hào)，間距設(shè)置為1m，兩側(cè)間隔為0.9m。設(shè)置好金屬網(wǎng)后，再利用Φ16mm圓鋼制作4.2m長(zhǎng)的梯子梁與錨桿連接。頂板煤層厚度小于0.8m時(shí)，應(yīng)用8.3m錨索；頂板煤層厚度超過(guò)0.8m時(shí)，應(yīng)用11.3m錨索，每排采用4根錨索[4]。b)對(duì)巷道兩幫料石墻進(jìn)行砌筑支護(hù)時(shí)，應(yīng)該先確定兩幫成形情況，根據(jù)中腰線進(jìn)行砌墻基礎(chǔ)施工，深度為0.55m。施工到實(shí)底時(shí)，先鋪設(shè)砂漿再砌筑料石，從下而上砌筑到3.6m后進(jìn)行架棚作業(yè)，保證砌墻厚度為0.5m；之后整體開(kāi)挖，砌墻壁施工中可先砌筑后充填。如果巷道兩幫不存在空洞，需要保證基礎(chǔ)深度為0.8m，砌墻厚度不小于1.0m，以中腰線為標(biāo)準(zhǔn)挖掘出煤矸，再對(duì)基礎(chǔ)進(jìn)行平整處理。采用混凝土對(duì)基礎(chǔ)進(jìn)行澆筑，達(dá)到足夠強(qiáng)度后鋪設(shè)軌道底梁，再采用砂漿來(lái)砌墻，每次砌筑長(zhǎng)度不可以超過(guò)3m[5]。c)工字鋼支護(hù)。工字鋼梁長(zhǎng)4.5m，每排間隔0.8m。

2.2采空區(qū)巷道支護(hù)

如果掘進(jìn)巷道與采空區(qū)域巷道為相同水平，但相交的角度存在差異，巷道暴露長(zhǎng)度不等，需要充分考慮采空區(qū)巷道相交斷面來(lái)設(shè)計(jì)與創(chuàng)建人工巷幫[6]。a)錨網(wǎng)索支護(hù)。將錨網(wǎng)索支護(hù)設(shè)置于巷道貫通區(qū)間，幫錨桿采用圓錨桿，排距為1m，利用樹(shù)脂藥卷來(lái)加長(zhǎng)錨固，錨固長(zhǎng)度為1m，將金屬網(wǎng)設(shè)置在巷道兩幫，同排錨桿采用2.6m的鋼筋梯子梁連接。b)對(duì)空巷側(cè)石墻砌筑進(jìn)行支護(hù)，采用寬0.6m、高3.8m的矩形料石墻來(lái)對(duì)頂板進(jìn)行支護(hù)，基礎(chǔ)應(yīng)該低于底板0.25m，采用粗料石進(jìn)行鋪設(shè)。如果掘進(jìn)巷在采空區(qū)巷道下方，采用錨網(wǎng)索對(duì)巷道頂板進(jìn)行支護(hù)，先結(jié)合掘進(jìn)巷頂板巖體實(shí)際情況確定頂錨桿規(guī)格型號(hào)、錨固劑的性能參數(shù)，將間距設(shè)置為0.9m，錨固長(zhǎng)度為1.4m，金屬網(wǎng)與錨桿采用42m鋼筋梯子梁來(lái)連接[7]。對(duì)空巷側(cè)石墻進(jìn)行砌筑，確定好梯形料石墻的砌筑尺寸，保證達(dá)到支護(hù)頂板的強(qiáng)度和尺寸要求。利用工字鋼梁進(jìn)行支護(hù)，如果料石墻高度達(dá)到3.2m，需在料石墻上側(cè)設(shè)置梁長(zhǎng)為4.5m的工字鋼梁，排距為0.8m，將金屬網(wǎng)置于工字鋼梁上側(cè)，利用矸石充填金屬網(wǎng)。

3支護(hù)方案可行性分析

3.1理論驗(yàn)證

結(jié)合煤層水文地質(zhì)情況，對(duì)回采區(qū)域覆巖應(yīng)力和運(yùn)動(dòng)演化進(jìn)行分析。假定煤層傾斜方向與走向都為200m，高度為85m，煤層、頂板和底板巖層質(zhì)地較為脆弱，按照摩爾-庫(kù)侖屈服標(biāo)準(zhǔn)對(duì)煤層巖體破壞情況進(jìn)行判斷，4個(gè)側(cè)面受到水平位移產(chǎn)生的約束力，底面受到豎向位移產(chǎn)生的約束力，頂部是載荷邊界，載荷來(lái)自于上覆巖層產(chǎn)生的重力。巷道底板掘進(jìn)開(kāi)挖后會(huì)受到剪切力而被破壞，頂板兩側(cè)也會(huì)出現(xiàn)剪切破壞現(xiàn)象，這樣就會(huì)在巷道兩幫注漿加固區(qū)域形成較大范圍的損壞，但不會(huì)對(duì)巷道的穩(wěn)定性產(chǎn)生影響，巷道附近的最大變形量為60mm[8]。巷道表面產(chǎn)生的位移量比較大，頂板、底板、兩幫產(chǎn)生位移量較小，圍巖位移主要集中在巷道表面到內(nèi)部4m區(qū)間內(nèi)，深度超過(guò)5m則不會(huì)使圍巖移動(dòng)。這表明，料石墻、頂幫注漿和水泥基礎(chǔ)都具有較好的支護(hù)加固效果。所以，采用該種支護(hù)加固處理技術(shù)，不會(huì)使巷道產(chǎn)生較大的變形，反而會(huì)使圍巖應(yīng)力分布更為合理，有較強(qiáng)的穩(wěn)定性、安全性。

3.2礦壓監(jiān)測(cè)

通過(guò)礦壓監(jiān)測(cè)可以更為準(zhǔn)確地檢驗(yàn)設(shè)計(jì)是否合理，通過(guò)獲取到的圍巖變形情況、支護(hù)體與圍巖的位移和煤層應(yīng)力等數(shù)據(jù)信息，就可以判斷圍巖的穩(wěn)定性、安全性。對(duì)回風(fēng)巷采空區(qū)圍巖進(jìn)行注漿加固，以錨索、料石墻和工字鋼為基礎(chǔ)進(jìn)行全面支護(hù)加固，通過(guò)礦壓監(jiān)測(cè)對(duì)圍巖變形和支護(hù)受力情況進(jìn)行分析與判斷。a)表面位移觀測(cè)。在巷道內(nèi)設(shè)置4個(gè)觀測(cè)點(diǎn)，每個(gè)觀測(cè)點(diǎn)在巷道軸方向上間距10m。以十字布點(diǎn)法來(lái)對(duì)斷面位移量進(jìn)行監(jiān)測(cè)，在頂板中部垂直方向和兩幫水平方向鉆孔。b)錨桿、錨索監(jiān)測(cè)。在支護(hù)作業(yè)過(guò)程中，設(shè)置好錨索、錨桿液壓枕，采集錨索、錨桿受力數(shù)據(jù)。通過(guò)實(shí)際觀測(cè)礦壓數(shù)據(jù)，采用綜合支護(hù)加固方案后，巷道圍巖更趨于穩(wěn)定，兩幫位移量為0.114m，頂板、底板位移量為0.121m，錨桿受力為104kN，錨索受力為149kN。這表明，支護(hù)方案可以更好地控制圍巖變形。

4結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在煤礦采空區(qū)巷道掘進(jìn)過(guò)程中，根據(jù)覆巖結(jié)構(gòu)和承載強(qiáng)度等設(shè)計(jì)支護(hù)加固方案，可以采用錨桿、錨索網(wǎng)、料石墻和工字鋼梁等綜合支護(hù)技術(shù)。料石墻和頂幫注漿加固、水泥基礎(chǔ)具有很好的支護(hù)效果，巷道圍巖也更為穩(wěn)定，兩幫位移量、頂?shù)装逦灰屏枯^小，可以更好地抑制圍巖變形。巷道綜合加固支護(hù)技術(shù)具有很好的適用性，在礦井綜合整治方面發(fā)揮了重要作用，具有很好的應(yīng)用前景。

作者:邵春瑞 單位:山西三元煤業(yè)股份有限公司