連志光

[摘要]某資源整合礦井新掘大斷面巷道掘進過程遇到了小窯采空區(qū)支護難題，對小窯采空區(qū)分布情況進行了詳細探測，根據探測結果對北回風大巷提出了常規(guī)段及小窯影響段支護方案，現(xiàn)場工業(yè)性試驗結果表明：小窯采空區(qū)影響段采取錨網+對棚支護后，巷道支護效果良好，圍巖變形得到有效控制。

[關鍵詞]資源整合 小窯采空區(qū) 錨網 對棚

[中圖分類號] TD353 [文獻碼] B [文章編號] 1000-405X（2015）-8-455-2

0前言

軟巖巷道支護一直是煤礦生產建設中的難題，也是國內外還沒有很好解決的一個問題，特別是深部礦井、斷層破碎帶、及礦井穿越小窯采空區(qū)等。近年來，隨著國家對煤礦企業(yè)兼并重組工作的推進，某礦成為了兼并成組對象，由于整合之前的小礦井采用落后房柱式采煤法，資源回采率低，造成巨大的資源浪費，整合后該礦采用綜合機械化采煤方式，礦井生產規(guī)模由1.0Mt/a提高至3.0Mt/a，為此提出了新掘大斷面巷道（北回風大巷、北運輸大巷）方案，巷道掘進中受前期小窯無序開采，受小窯采空區(qū)影響掘進巷道圍巖破碎及應力環(huán)境惡化，且如今斷面的變大提高了相應的支護難度，小窯采空區(qū)引起的水、瓦斯難題也困擾著該礦，因此急需對小窯破壞區(qū)巷道掘進及支護技術展開研究。

1工程概況

為滿足3.0Mt大型礦井生產需求，該礦決定對原北下山回風巷、膠帶巷進行延深，由東向西依次布置北回風巷、北膠帶運輸大巷和北輔助運輸大巷三條主要開拓巷道。其中，北回風巷沿2#煤層頂板布置，北膠帶運輸大巷和北輔助運輸大巷沿2#煤層底板布置，三條大巷中線相距40m，北回風巷和北膠帶運輸大巷靠工作面一側各留設60m保護煤柱。

北回風大巷、北運輸大巷位于井田北翼2#煤層內，設計總長度1054m，分別沿2#煤層頂、底板掘進。根據物探結果，巷道掘進區(qū)域內地質條件表現(xiàn)為：整體上簡單，局部受小窯開采復雜。根據礦井5-2鉆孔勘探結果，2#煤層為黑色半亮型煤，在煤層中下部含1～2層泥巖夾矸。從巷道施工區(qū)域揭露的煤層賦存狀況看，2#煤層厚度變化不大，煤層平均厚度約6.6m，其直接頂板為泥巖，平均厚度1.85m；基本頂為細粒砂巖，平均厚度6.3m，鈣質膠結較為堅硬；底板為泥巖、砂質泥巖；基本底為粉砂巖。

2小窯采空區(qū)探測分析

礦井采用地面物探、井下瞬變電磁法探測和巷道超前探測，對巷道掘進過程中遇到的小窯破壞區(qū)進行探測和判斷，同時采用巷探等輔助探測手段，比較準確的判斷小窯采空區(qū)的位置和影響區(qū)域，以北回風大巷掘進探測結果為例，探測結果如圖1所示。

瞬變電磁法也成為時間域電磁分析法（TEM），其原理是利用不接地回線也可以接地線源向地下發(fā)射脈沖磁場，在脈沖磁場間歇期間，利用線圈或接地電極觀測渦流場的方法，簡單的說，瞬變電磁法的基本原理就是基于電磁感應定律，對于本礦井，瞬變電磁法的探測裝置為2m×2m多匝重疊回線裝置，發(fā)射線框及接收線框為匝數(shù)不等但完全分離的2個獨立線框，以此與掘進巷道圍巖含水異常體產生最佳耦合效果。

地面物探分析結果可以為初步確定小窯破壞區(qū)來提供參考，為運用其他探測手段提供大致的探測方向和探測范圍，而井下掘進巷道瞬變電磁法超前探測能夠比較準確圈定小窯采空區(qū)的積水情況，若還需要準備判斷小窯采空區(qū)的空間分布情況，需要采取巷探的方式進行詳細探測，探測內容包括小窯采空區(qū)的準確位置，與巷道的相對位置，采空區(qū)內部空間大小及內部水、瓦斯等情況，采空區(qū)詳細探測的設備采用紅外線測距儀，北回風大巷詳細探測結果為掘進過程主要受三個小窯采空區(qū)影響，其主要情況如表1。

北回風巷頂錨桿間排距為0.9m×0.95m，幫錨桿間排距為0.88m×0.95m，其中頂角錨桿向外扎角35°，底角錨桿向下扎角10°輔助控制底鼓，底角錨桿距底板高度為550mm。頂幫錨桿各選用Φ22mm×2400mm、Φ18mm×2000mm高強左旋無縱筋螺紋鋼錨桿，每根錨桿使用1支K2350（頭部）和1支Z2350樹脂錨固劑。錨桿托板采用150mm×150mm×10mm鼓形托板。要求每根錨桿預緊力矩均不得低于200N.m，并采用高強度Φ4mm自連鋼筋網護表，沿巷道周向頂板布置Φ14mm鋼筋梯子梁，幫部布置Φ10mm鋼筋梯。頂板錨索采用5花眼布置形式，即成組錨索和點錨索交替布置，錨索托板采用250mm×250mm×12mm平托板。頂錨索規(guī)格為Φ17.8×6300mm。頂錨索間距1.8m，錨索排距1.9m，要求每個錨索孔使用1支K2350（頭部）和2支Z2350樹脂錨固劑，且錨索預緊力不得低于70kN。

3小窯采空區(qū)影響巷道支護方案

已有研究結果表明，小窯采空區(qū)會引起應力環(huán)境惡化，應力具有明顯的方向性，以水平應力為主，并且垂直與最大主應力方向的巷道礦壓顯現(xiàn)較為強烈。由于垂直巷道走向方向上存在較大的水平應力，頂板原有節(jié)理裂隙在剪應力作用下，逐漸擴展，最后導致頂板出現(xiàn)宏觀剪脹變形，若圍巖中的應力水平大于巖體的強度，則使巷道的頂板巖層分層剝離。因此，在較高水平應力作用下，巷道頂板很易失穩(wěn)破壞。另外受采空區(qū)影響，巖體原有節(jié)理、裂隙充分發(fā)育，新結構面產生，巖體沿結構面出現(xiàn)離層和滑動，迫使巖體更加破碎。掘進迎頭采取多打炮眼、少裝藥、放小炮的放炮方式，減小放炮震動對原本破碎圍巖的影響。巷道應及時支護，掘進過程中提前進行鉆探，確定小窯采空區(qū)的準確位置，綜合圍巖監(jiān)測對巷道進行加強支護。

為保障巷道掘進安全，北回風巷支護方案為：保持巷道錨桿間距及錨桿規(guī)格與全巖段支護參數(shù)保持不變，錨桿排距調整為900mm，頂錨索間距及錨索規(guī)格不變，錨索排距調整為900mm，呈五花眼形式布置，在采用錨網支護后對巷道采用11#礦工字鋼對棚支護，棚距800mm。為保證支架整體性，沿巷道兩幫距底板1.4m及巷頂距離幫400mm處布置連鎖梁，通過工字鋼梁和卡纜固定五組工字鋼棚。北回風巷工字鋼棚頂梁長5m，棚腿長3.85m，柱窩深度0.2m，頂板使用尺寸為1.7m×1.0m的鋼筋網雙層布置。對巷道表面進行噴漿，并視圍巖破碎情況決定是否采用水泥背板。

架棚過程中如遇頂板存在冒落區(qū)的時應做如下處理：

（1）在工字鋼頂梁上方應鋪設一層鋼筋網和一層菱形金屬網，鋪設方式應菱形金屬網在上鋼筋網在下。

（2）在金屬網上方鋪設木質背板，背板鋪設應平整嚴密。

（3）對冒落區(qū)采用木垛進行充填，應保證整個冒落區(qū)被完全充填，使木垛接頂。

4結論

對北風大巷采取錨網支護+對棚支護后，即能發(fā)揮棚索被動支護良好的護表性能，特別對于小窯采空區(qū)造成的圍巖及其破碎，而錨網支護又能發(fā)揮其主動承載性能，現(xiàn)場工業(yè)性試驗后，圍巖監(jiān)測結果顯示巷道圍巖變形量小，巷道在20天內趨于穩(wěn)定，兩幫位移量為130mm、頂?shù)装逦灰屏繛?40mm，巷道支護效果良好，圍巖變形得到有效控制。

參考文獻

[1]陳炎光，陸士良.中國煤礦巷道圍巖控制[M].中國礦業(yè)大學出版社，1994.