掘進(jìn)巷道過空巷支護(hù)措施及安全技術(shù)研究

趙紫東

（山西蘭花沁裕煤礦有限公司，山西 晉城 048000）

由于煤炭企業(yè)服務(wù)年限較長、開采設(shè)計方案的不盡合理等因素，井下巷道在掘進(jìn)過程中不可避免地會揭露空巷[1-2]?？障锔浇鼮榇怪睉?yīng)力、水平應(yīng)力的集中區(qū)，礦壓明顯增加，支護(hù)困難度也隨之增強(qiáng)，因此，掘進(jìn)巷道過空巷是井下生產(chǎn)的技術(shù)難點[3]。

近些年，我國煤礦技術(shù)工作者對掘進(jìn)巷道過空巷時覆巖活動規(guī)律研究取得了階段性的成功[4]。本文以沁裕煤礦2#煤層輔助水平車場施工過空巷為例，在對井下地質(zhì)構(gòu)造、水文瓦斯等條件分析的基礎(chǔ)上，提出了過空巷的合理的保護(hù)措施，有效解決了井下巷道施工過空巷的技術(shù)難題。

1 項目概況

沁裕煤礦隸屬于山西蘭花集團(tuán)，礦井位于山西省晉城市，批準(zhǔn)開采2～15#煤層，產(chǎn)能0.9 Mt/a，目前開采2#煤層，平均厚度1.4 m。

根據(jù)沁裕煤礦設(shè)計與地質(zhì)實測資料，2#煤層輔助水平車場巷道掘進(jìn)將穿過空巷。2 煤層頂板為深灰色、灰色砂質(zhì)泥巖；基本頂為細(xì)～中粒砂巖，厚6.5～7.8 m，裂隙較為發(fā)育；底板為黑色粉砂質(zhì)泥巖。在開采的過程中，由于地下水的作用，會使巖石軟化，可能產(chǎn)生“底鼓”。

2 揭露空巷措施

揭露空巷期間，掘進(jìn)工作面每循環(huán)進(jìn)行小鉆補(bǔ)探，在工作面中心及兩側(cè)布置3 個探眼，距底板0.5 m 呈-45°夾角向下鉆探，鉆探深度5 m。如鉆探遇空巷，為了進(jìn)一步了解空巷情況，在工作面兩側(cè)與巷道呈30°夾角各布置1 個探眼，距底板0.5 m呈-45°夾角向下鉆探，鉆探深度6 m。當(dāng)探眼口部位各氣體濃度：CH4＜0.8%、CO2＜1.2%，且未檢出包括CO、HS、SO2、CO2、CH4在內(nèi)的有毒有害氣體方可繼續(xù)掘進(jìn)。

3 過空巷支護(hù)方案

2 號煤層輔助水平車場巷道掘進(jìn)過程中，在超前支承壓力的作用下，由于煤層基本頂含有大量植物碎屑，裂隙較發(fā)育，因此極易在空巷上方提前斷裂，誘發(fā)空巷冒頂和片幫。對空巷進(jìn)行支護(hù)的方式主要有三種，分別為木垛支護(hù)、錨桿（索）支護(hù)和高水材料充填支護(hù)。在決定最終支護(hù)方式前，有必要對三種方案支護(hù)效果，即應(yīng)力分布特征與塑性區(qū)范圍進(jìn)行模擬研究。

3.1 數(shù)值模擬

以2 號煤層輔助水平車場巷道掘進(jìn)，根據(jù)研究區(qū)域地質(zhì)資料及相關(guān)鉆孔數(shù)據(jù)，利用FLAC3D對巷道煤層頂?shù)装寮捌渌饕獛r層進(jìn)行建模。巷道采用矩形斷面，長×寬=3000 mm×3400 mm，凈斷面面積10.2 m2，共計網(wǎng)格數(shù)量8750 個，如圖1。

圖1 煤巖層模擬圖

本次模擬中，圍巖結(jié)構(gòu)關(guān)系設(shè)置為“摩爾－庫侖模型”，模型編寫條件設(shè)置如下：底部為垂直位移固定，四周為水平位移固定，上部施加上覆巖層自重，其他參數(shù)見表1。

表1 模型巖體力學(xué)參數(shù)設(shè)置表

本次模擬結(jié)果設(shè)置為輔助水平車場巷道距離空巷20 m 時空巷圍巖特征進(jìn)行研究，分別對三種支護(hù)方案下空巷（水平、垂直）應(yīng)力分布、塑性破壞區(qū)變化特征進(jìn)行對比，模擬結(jié)果如圖2?？梢钥闯?，采用木垛支護(hù)時，隨著巷道的推進(jìn)，空巷圍巖塑性區(qū)面積擴(kuò)大，淺部圍巖受拉張破壞較大，支護(hù)效果較差；采用充填方式支護(hù)，空巷周圍巖體塑性變形為異性變化，規(guī)律性較差，塑性區(qū)的面積大于其他兩種方案；錨桿（索）支護(hù)時，塑性區(qū)范圍較小，說明該方案過空巷對圍巖控制效果較好。

圖2 三種支護(hù)方案下空巷塑性區(qū)分布情況

3.2 支護(hù)方案施工

根據(jù)模擬結(jié)果，正常掘進(jìn)時采用錨網(wǎng)索噴支護(hù)，錨索尺寸為Ф17.8 mm×6500 mm；過空巷時縮小錨桿間排距700 mm×700 mm，錨索間排距調(diào)整為1400 mm×1400 mm。

需要注意的是，空巷在下方，按近空巷0.5 m 時，采用風(fēng)鉆呈-60°打眼貫通，在工作面0.5 m2范圍內(nèi)鉆眼不少于10 個，經(jīng)過鉆眼排放瓦斯、二氧化碳等有害氣體后，瓦斯員在工作面內(nèi)每間隔5 min測量探眼口部及工作面內(nèi)有毒有害氣體濃度，當(dāng)探眼內(nèi)有毒有害氣體明顯下降，方可繼續(xù)作業(yè)。

3.3 巷旁支護(hù)

巷旁支護(hù)的形式主要包括密集支架法、砌體墻法、澆混凝土隔墻法等。根據(jù)沁裕礦的實際情況，本次對空巷巷旁支護(hù)選用紅磚、砂漿、泥、碎煤、矸石等材料，經(jīng)與水調(diào)配比例砌墻，墻厚0.5 mm。

隨著輔助水平車場巷道的推進(jìn)，于巷道0～5 m處砌筑墻體，同時砌筑寬0.7 m 的加強(qiáng)墩，每組加強(qiáng)墩中心點間距為6 m。各磚塊間縫隙用水泥砂漿錯縫砌筑，高度控制距頂板0.1 m 左右，如圖3。

圖3 紅磚砌墻俯視圖和側(cè)視圖

4 專項安全措施

4.1 過空巷、空區(qū)瓦斯排放安全措施

針對礦井通風(fēng)、瓦斯排放方面，在巷道掘進(jìn)過空巷時依舊采用原有局部通風(fēng)機(jī)進(jìn)行壓入式供風(fēng)。風(fēng)筒采用抗靜電阻燃材料，風(fēng)筒口距巷道口不得超過5 m，對各氣體指標(biāo)嚴(yán)加檢測，確保有害氣體不超限。

4.2 排水安全技術(shù)措施

在對空巷進(jìn)行鉆探時，如鉆孔有水壓，要立即停止打鉆。探水小組要在隊長指揮下安設(shè)排水管路，構(gòu)筑臨時水倉，按設(shè)水泵進(jìn)行排水。當(dāng)鉆孔不流水時，再另打加探眼，確認(rèn)空巷沒水時，方可向空巷掘進(jìn)。安設(shè)排水管路、水泵、構(gòu)筑臨時水倉和排水時必須有專職瓦檢員經(jīng)常檢查工作地點的瓦斯和二氧化碳濃度，發(fā)現(xiàn)問題及時上報礦調(diào)度室、項目部調(diào)度室和值班領(lǐng)導(dǎo)。

5 結(jié)束語

經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，沁裕礦巷道掘進(jìn)過空巷時，錨桿支護(hù)被認(rèn)為是最經(jīng)濟(jì)可靠的支護(hù)方式。同時，巷旁采用砌墻支護(hù)可以對空巷起到良好的支撐加固作用，確保了過空巷期間的安全生產(chǎn)，為類似條件巷道順利通過空巷提供了經(jīng)驗。