黃陵一號(hào)煤礦運(yùn)輸探巷過(guò)采空區(qū)施工實(shí)踐

陳良松

（中鼎國(guó)際工程有限責(zé)任公司，江西 南昌 330096）

1 工程概況

黃陵一號(hào)煤礦是陜西陜煤黃陵礦業(yè)有限公司的第一個(gè)大型煤礦，礦井設(shè)計(jì)井巷工程總工程量＞30000 m，設(shè)計(jì)能力：6.0 Mt/a。2000年建成階段性投產(chǎn)，隨后邊建設(shè)邊生產(chǎn)，2005年達(dá)產(chǎn)。

一號(hào)煤礦井田煤層傾角為北～北西單斜構(gòu)造，煤層傾角1°～3°，煤硬度一般為f=2～3。2#煤是井田內(nèi)唯一可采煤層，煤層頂板為基本頂、直接頂和偽頂，偽頂多為泥巖和炭質(zhì)泥巖，直接頂以泥巖、粉砂巖、細(xì)砂巖為主；基本頂（老頂）以中、細(xì)粒砂巖為主。底板為泥巖、砂質(zhì)泥巖，也有少量炭質(zhì)泥巖，層位穩(wěn)定，巖石硬度f(wàn)=4～6。

四盤區(qū)運(yùn)輸探巷承擔(dān)該盤區(qū)所有運(yùn)輸任務(wù)，選擇過(guò)采空區(qū)這一路徑最為便捷，如果繞道，必將增加施工巷道工程量及后期運(yùn)輸皮帶安裝長(zhǎng)度，在進(jìn)度和經(jīng)濟(jì)上都不合理。

根據(jù)四盤區(qū)以往的出水情況，四盤區(qū)煤層中含裂隙水，在掘進(jìn)過(guò)程中產(chǎn)生頂板冒落帶裂隙，可能局部導(dǎo)通上部含水層，可致掘進(jìn)過(guò)程中出現(xiàn)頂板淋水現(xiàn)象。

采空區(qū)氣體經(jīng)取樣分析，CH4濃度為0.081%，CO2濃度為0.61%,N2濃度為79.95%，無(wú)CO，O2濃度為19.36%，且老空區(qū)無(wú)發(fā)火跡象。

四盤區(qū)運(yùn)輸探巷穿越老空區(qū)段，設(shè)計(jì)長(zhǎng)度為822 m，掘?qū)?.92m，掘高3.86m，直墻高1.4 m，S掘=16.4m2；凈高3.3m，凈寬3.8m，凈斷面S凈=10.97 m2。根據(jù)可觀測(cè)到的老空區(qū)基本情況為：老空區(qū)冒落巖塊已壓實(shí)，冒落巖塊緊貼著頂板，冒落巖塊主要為片狀泥質(zhì)砂巖，大部分巖塊大小基本不超過(guò)1200mm×500 mm。

圖1 揭露老空位置

采空區(qū)中存在著煤巖破碎區(qū)、應(yīng)力降低區(qū)和集中區(qū)，容易導(dǎo)致工作面冒頂、片幫，支護(hù)好的巷道變形等嚴(yán)重問(wèn)題；原老空區(qū)資料也不詳盡，揭露老空區(qū)時(shí)，可能存在甲烷等有毒有害氣體的積聚、突水等現(xiàn)象。因此，采取合理的支護(hù)形式、安全的施工工藝和必要的技術(shù)措施是施工此段采空區(qū)的關(guān)鍵。

2 施工方案

2.1 支護(hù)設(shè)計(jì)原理

巷道變形能量，來(lái)自地層位移或巖體膨脹，其表現(xiàn)形式常由急到緩，因此，應(yīng)采取卸壓辦法，先釋放一部分巖體的變形能，采取柔性（可縮性）支護(hù)能取得良好的效果。柔性支護(hù)是在不喪失支架整體承載能力的前提下，對(duì)于超過(guò)一定限度的圍巖變形位移，支架整體或者某些構(gòu)件依靠其產(chǎn)生剛性位移或較大塑性變形，而對(duì)圍巖變形進(jìn)行退讓，以減輕、緩和及勻布圍巖對(duì)支架的作用力，從而可用較小的構(gòu)件截面，取得良好支護(hù)效果。柔性（可縮性）不是無(wú)限的。當(dāng)預(yù)定的柔性（可縮量）發(fā)揮完畢時(shí)，支護(hù)轉(zhuǎn)而為剛性的，對(duì)圍巖的繼續(xù)變形破碎起強(qiáng)行阻擋作用。

2.2 支護(hù)設(shè)計(jì)

采空區(qū)圍巖松散破碎，整體性差，難以形成穩(wěn)定的承載力，壁后注漿能有效提高周邊圍巖及襯砌穩(wěn)定性，同時(shí)充填壁后空洞區(qū)域，防止瓦斯與水積聚，避免造成潛在隱患。使用聯(lián)合支護(hù)方式更加安全可靠，同時(shí)最大限度減小巷道變形量和后期巷道維修費(fèi)用。

（1）前期支護(hù)：采用超前管棚+鋼筋網(wǎng)+U25型鋼+噴射混凝土支護(hù)形式

超前導(dǎo)管采用D57×3.5無(wú)縫鋼管，單管長(zhǎng)度3000 mm，環(huán)向間距為300 mm，相鄰搭接長(zhǎng)度1200 mm，全斷面鋪設(shè)雙層Φ6 mm鋼筋網(wǎng)；可縮性支架采用U25型鋼，各部分采用卡纜固定，支架之間采用Φ18 mm圓鋼拉桿連接，中對(duì)中為600 mm；支架設(shè)完成后，噴射C20混凝土，噴厚110 mm，速凝劑摻入量為水泥用量的3%，抗?jié)B等級(jí)P6。

（2）二次支護(hù)：澆筑雙層鋼筋混凝土支護(hù)形式

主副筋均采用Φ18 mm螺紋鋼，間排距均為300 mm，構(gòu)造筋Φ8 mm圓鋼，間距300 mm，混凝土強(qiáng)度C30，壁厚400mm，基礎(chǔ)深度400 mm，防水劑加入量為水泥用量的10%，抗?jié)B等級(jí)P8，見(jiàn)圖2。

圖2 斷面支護(hù)

2.3 施工方法

采用管棚鋼筋混凝土碹支護(hù)技術(shù)進(jìn)行施工，在所穿越的老空區(qū)中架設(shè)“超前管棚+U型鋼棚+鋼筋網(wǎng)”形成前期支護(hù)，然后利用U型鋼棚澆筑鋼筋混凝土碹隔離老空區(qū)形成巷道。施工時(shí)采用鉆機(jī)施工導(dǎo)管眼，利用鉆機(jī)安裝導(dǎo)管，并全斷面掛Φ6 mm鋼筋網(wǎng)；在導(dǎo)管支護(hù)作用下架設(shè)U25鋼棚并將其連為一體，作為一次支護(hù)；利用綜掘機(jī)及皮帶進(jìn)行掘進(jìn)、出渣；在鋼拱架下澆筑鋼筋混凝土碹體作為永久支護(hù)形成巷道。

2.4 瓦斯防治管理措施

1）穿越老空區(qū)前，針對(duì)老空區(qū)可能出現(xiàn)甲烷等有毒有害氣體涌出異常情況，必須編制防治瓦斯安全技術(shù)措施，組織施工人員學(xué)習(xí)合格后，方可施工。

2）施工過(guò)程中定期采集老空區(qū)氣樣送實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行分析，并根據(jù)分析情況及時(shí)編制防治瓦斯安全技術(shù)措施。

3）工作面風(fēng)流中甲烷濃度達(dá)到0.6%或CO2濃度超過(guò)1.5%時(shí)必須停止工作，撤出人員，切斷電源進(jìn)行處理。

4）施工過(guò)程中，如發(fā)生冒頂，在處理冒頂前必須先檢測(cè)冒落區(qū)的瓦斯，瓦斯超限時(shí)，必須組織人員按要求排放瓦斯，只有確認(rèn)瓦斯不超限時(shí)，方可進(jìn)行作業(yè)。

5）工作面及其他巷道內(nèi)體積大于0.5 m3的空間，局部積聚甲烷濃度達(dá)到2%時(shí)，附近20 m以內(nèi)，必須停止工作，撤出人員，切斷電源，進(jìn)行處理。

6）加強(qiáng)局部通風(fēng)和電氣設(shè)備管理，保證通風(fēng)設(shè)備與設(shè)施運(yùn)轉(zhuǎn)正常，嚴(yán)防局部瓦斯積聚。

2.5 防治水管理措施

1）采用超前物探及深孔鉆探方式探查四盤區(qū)探巷前方區(qū)域影響安全掘進(jìn)的隱蔽致災(zāi)因素，并以探查成果為依據(jù)，針對(duì)老空區(qū)可能出現(xiàn)的透水情況，必須編制防治水安全技術(shù)措施，組織施工人員學(xué)習(xí)合格后，方可施工。

2）穿越老空區(qū)前，必須完善排水系統(tǒng)，將排水管路延伸至工作面。

3）穿越老空區(qū)過(guò)程中，必須超前掘進(jìn)工作面30 m探查老空區(qū)積水情況，并根據(jù)實(shí)際積水情況，及時(shí)排放老空區(qū)積水。

4）采用此方案施工過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)有突水征兆時(shí)，應(yīng)當(dāng)立即停止作業(yè)，報(bào)告礦調(diào)度室并發(fā)出警報(bào)，撤出所有受水害威脅地點(diǎn)的人員。在原因未查清、隱患未排除之前，不得進(jìn)行任何生產(chǎn)作業(yè)。

3 施工總結(jié)及體會(huì)

1）四盤區(qū)運(yùn)輸探巷過(guò)采空區(qū)施工時(shí)隨時(shí)觀測(cè)圍巖變化情況，做到有預(yù)報(bào)，少掘尺，小爆破，支護(hù)及時(shí)。

2）聯(lián)合支護(hù)可以有效控制巷道頂板，確保施工質(zhì)量安全可靠，同時(shí)也保證了施工進(jìn)度及安全性，月進(jìn)度最高可達(dá)50 m。

3）巷道施工結(jié)束后，經(jīng)過(guò)半年的觀察，巷道沒(méi)有明顯的開裂和滲水現(xiàn)象，可以看出柔性和剛性聯(lián)合支護(hù)能保持穩(wěn)定可靠的承載力，在以后施工軟巖、斷層以及含水層巷道中都可推廣應(yīng)用。