復采區(qū)掘進巷道過采空區(qū)支護技術研究

馮云貴

（汾西礦業(yè)集團水峪煤業(yè)，山西 孝義 032300）

引言

煤礦開采后形成的采空區(qū)會給巷道掘進帶來更大的挑戰(zhàn)，采空區(qū)存在較多的不確定因素，同時還存在一定的積水以及有害氣體等，并且?guī)r層還容易出現(xiàn)嚴重變形等情況，因此存在著較多的安全隱患。為保障巷道掘進的順利開展，提升施工作業(yè)的安全性，需要加強對支護技術的應用，解決采空區(qū)存在的問題，提升巷道的穩(wěn)定性。

1 采空區(qū)圍巖穩(wěn)定性分析

1.1 采空區(qū)覆巖結(jié)構(gòu)類型分析

采空區(qū)覆巖結(jié)構(gòu)可以根據(jù)其遭受破壞的程度進行分類，主要包括完整結(jié)果類、散狀結(jié)構(gòu)類、層狀結(jié)構(gòu)類以及破碎結(jié)構(gòu)類等。不同的結(jié)構(gòu)類型，需要借助不同的支護技術對圍巖加強控制。因此支護技術的應用，首先需要確定采空區(qū)的覆巖結(jié)構(gòu)，這是保障支護技術應用效果的重要基礎[1]。

1.2 采空區(qū)圍巖失穩(wěn)分析

在重力作用下，破碎巖層的壓實度會不斷提升，但是依然不能完全杜絕空隙以及裂隙等。與此同時，在巷道掘進過程中，必然會對采空區(qū)造成一定的影響，導致其原有的平衡被打破，甚至還會出現(xiàn)新的空洞、孔隙以及裂隙等，同時頂板破碎石塊還會沿著裂隙破斷，因此更容易發(fā)生頂板冒落等問題，增加巷道掘進難度的同時，也導致施工作業(yè)的風險性更高。

1.3 采空區(qū)巷道掘進評價

采面回采后，在采空區(qū)邊緣部位隨之產(chǎn)生相應的應力集中現(xiàn)象，而這種現(xiàn)象呈動態(tài)發(fā)展的態(tài)勢，與采空區(qū)面積成正比，隨著采空區(qū)面積的增大，這種應力集中現(xiàn)象也會越明顯，并且應力集中的范圍也會隨之擴大。要做好采空區(qū)裂隙帶以及冒落帶的高度計算，如果巷道掘機處于采空區(qū)應力范圍內(nèi)，為防止破碎圍巖的移動，則需要做好破碎圍巖的加固，合理運用支護技術，保障加固效果，為巷道掘進施工提供安全保障。

2 巷道過采空區(qū)支護技術

2.1 工程概況

以某復采工作面回采巷道掘進施工為例分析支護技術的應用措施，該工程中所涉及到的采空區(qū)上覆巖出現(xiàn)了比較嚴重的垮落現(xiàn)象，并且在巷道掘進過程中，頂板覆巖隨著掘進作業(yè)不斷垮落。采面涉及到的煤層為近水煤層，該煤層具有硬度低的特點，并且煤層內(nèi)部還有裂隙發(fā)育。在巷道掘進施工作業(yè)過程中，需要穿過兩個采空區(qū)，總長度92 m。結(jié)合工程實際情況，決定針對采空區(qū)的支護采用“注漿加固與架棚支護”相結(jié)合的方式進行支護，并且取得了比較理想的支護效果，為巷道掘進作業(yè)以及巷道的應用提供了有力的安全保障[2]。

2.2 注漿加固設計

由于該工程中針對采空區(qū)支護采用“注漿加固與架棚支護”相結(jié)合的方式，因此做好注漿加固設計至關重要，這直接關乎最終支護的效果，同時也會對巷道掘進作業(yè)以及巷道使用的安全性等產(chǎn)生重要影響。注漿加固設計需要結(jié)合采空區(qū)的實際情況，根據(jù)采空區(qū)勘察分析，發(fā)現(xiàn)其存在裂隙發(fā)育以及巖層破碎的現(xiàn)象，與此同時，該復采工作面回采巷道采空區(qū)內(nèi)的巖層的巖性主要為泥巖，結(jié)合這些特點，在注漿加固設計過程中決定借助化學材料進行加固，所應用的化學材料主要包括“漏必堵”以及“固特瑞”兩種[3]。這樣的設計既符合采空區(qū)的實際情況，也充分彰顯了方案的經(jīng)濟性，同時也為施工提供了一定的便利。具體而言，在設計方案中針對采空區(qū)邊緣區(qū)域的掘進作業(yè)提供了相應的保護措施。由于采空區(qū)邊緣區(qū)域存在較大的空頂，因此可以借助顧特瑞泡沫進行充填，使其形成人工頂板，更好的保障掘進作業(yè)的安全性。在實際的施工過程中，應先設置防漏漿層，然后再進行填充作業(yè)。在通過空頂區(qū)之后，借助漏必堵加固破碎區(qū)的圍巖。在注漿加固過程中，鉆孔是關鍵，鉆孔過程中，需要以巷道中心線為中心，第一排注漿孔的間距、深度、與頂板距離以及傾角分別為1 m、5 m、0.5 m 以及40°；第二排鉆孔的傾角應控制在10°，并且鉆孔的深度為0.5 m。

2.3 巷道支護方案設計

由于采用針對采空區(qū)的支護采用“注漿加固與架棚支護”相結(jié)合的方式進行支護，因此在做好注漿加固設計的同時，還需要保障巷道支護方案的科學性。

2.3.1 工字鋼支護

在該工程中，由于原采空區(qū)出現(xiàn)了冒落問題，同時還伴有頂板破碎等現(xiàn)象，因此會給巷道支護帶來更大的挑戰(zhàn)。因此在支護方案設計過程中為了更好地保障支護效果，需要采用工字鋼支護的方式[4]。這種支護方式能夠借助工字硬度大等方面的優(yōu)勢，提升圍巖的穩(wěn)定性。在應用工字鋼鋼棚支護的同時，借助掛金屬網(wǎng)的方式形成假頂，更好的保障支護效果。

2.3.2 支護設計

在支護設計過程中，首先要進行臨時支護設計，臨時支護設計材料主要為背板、無縫鋼管、單體柱、吊環(huán)以及木楔等。要確定相關材料的數(shù)量、規(guī)格等，以無縫鋼管為例，其長度應為3 m，數(shù)量為2 根，在架設的過程中，將其沿著巷道的方向借助連接裝置掛在頂梁上，掐斷神像迎頭煤巖壁做前探支護。在放炮完成后，先“敲幫問頂”，將頂、邦活石傘檐清除。將單體柱架設在頂梁之前，然后將前探梁向后移出架設頂梁的空間，單體柱架設與前探梁后移交替進行，并在前探梁支護完成后及時進行永久支護[5]。

2.3.3 永久支護

永久支護主要針對冒落區(qū)頂板進行支護以及對采空區(qū)頂板進行支護。以冒落區(qū)頂板支護為例，首先要將模板鋪設在頂板金屬網(wǎng)上，然后將浮渣作為材料進行回填，回填厚度為0.5 m 左右，在棚架高度達到3 m 左右時需要開始井字架接頂。回填完成后，沿著棚腿的上、中、下插入1 m 的廢棄錨桿，并使其與棚腿相連接，兩幫凝固后便會形成一個整體。再以采空區(qū)頂板支護為例，施工過程中，通常都需要采用門字形梁進行支護，但是棚架的支撐除外。同時液壓柱以3排超前形式跟進，通過這種方式，能夠在來壓時促進支撐力的提升。在前進過程中，可以應用鋼筋或者鉆桿等制造假頂。先進行鉆孔，然后在鉆孔處插入鋼筋，如果鉆孔后鉆桿難以取出，則可以直接利用鉆桿來制造假頂。在施工過程中，要確保鉆桿與掘進放方向平行，同時還要將鉆桿與頂板之間的夾角控制在30°以內(nèi)，還要將鋼筋或者鉆桿之間的距離控制在0.3 m～0.4 m 左右，具體的間距應根據(jù)頂板破碎情況來確定。在迎頭作業(yè)過程中，超前支護的材料以木梁或者單體柱為主，架棚的頂梁、腿長、搭接長度以及間距分別為3 m、2.6 m、0.3 m 以及0.5 m，同時巷道的高度、毛斷面上部的寬度、下部的寬度分別為2.7 m、3 m、3.6 m。

2.4 頂板安全控制措施

加強頂板安全控制能夠更好地保證支護效果，為巷道掘進作業(yè)以及巷道的應用提供更加有力的安全保障。在頂板安全控制過程中，及時清理危矸以及活桿等，這樣可以更好的預防危矸掉落傷人等事故[6]。另外，還要注重對各掘進循環(huán)進尺的把控，在應用架棚支護的過程中，應將各循環(huán)進尺控制在0.6 m 之內(nèi)，在掘進之后需要第一時間進行支護，避免出現(xiàn)空頂作業(yè)的現(xiàn)象。與此同時，還要隨著工作面掘進進行永久支護，這樣能夠更好地規(guī)避頂板冒落等問題發(fā)生。如果在掘進的過程中發(fā)生了頂板冒落的問題，則需要等到頂板穩(wěn)定后再進行處理，以免造成更大的危害與損失。

3 結(jié)語

煤礦開采后形成的采空區(qū)，而在復采區(qū)巷道掘進過程中容易出現(xiàn)穿過空采取的情況，這會給巷道掘進帶來更大的挑戰(zhàn)。采空區(qū)存的巖層容易出現(xiàn)嚴重變形，破碎巖石穩(wěn)定性差，因此存在著較多的安全隱患。為保障巷道掘進作業(yè)的安全性，需要加強對支護技術的應用，結(jié)合采空區(qū)的實際情況以及采空區(qū)存在的問題，制定科學的支護方案，提升巷道的穩(wěn)定性。