矿井围岩灾变预案技术与灾变控制技术

吴琼瑛， 齐连旭

(辽宁铁法能源有限责任公司，辽宁 调兵山 112700)

1 巷道围岩灾变预防性措施

围岩灾变控制可以从两个方面进行分析，一方面是在灾变前进行防范，提出预防控制措施，另一方面是围岩变化后采取各项有效措施，其中，围岩变化观测分析尤为重要。

巷道围岩可从地质情况考虑：

1) 地质情况分析，对褶曲、断层等较大地质构造加强关注。断层影响区域巷道变形易严重，两帮底板变化周期短，相反，断层构造小的巷道变形量小，围岩变化周期相对则长，受力学影响，巷道围岩易出现裂纹。可见，地质构造对围岩影响很大，是须考虑的若干要素之一。

2) 对巷道围岩进行各层岩性物研究，研究围岩变形原因。

3) 巷道围岩大环境研究，研究巷道所处位置特征，并对水文、瓦斯等环境特征进行研究。

4) 围岩变形情况、变化范围及速度进行预测分析。

综上考虑，提出预防性控制措施。随着生产推进，动态观测巷道围岩变化，根据变化程度改变巷道掘进支护参数。减少围岩变化速度和变化范围，延长巷道服务周期。控制措施实践后，不断观测巷道围岩变化，如达不到理想效果，则继续优化支护设计参数，优化支护方案，形成闭环反馈改进措施，达到围岩稳定的效果。

根据已施工巷道围岩变化情况进行分析，预测变形量和变形速度，对巷道稳定程度时限进行预测分析。预防性措施对于新掘巷道具有指导意义[1-2]。

2 工程实例

2.1 地质概况

巷道为铁法煤业集团有限公司大隆矿二水平东二1507回顺掘进工作面，见图1。本工作面所掘煤层为15煤层,煤层厚度最大为1.71 m，最小为1.64 m,平均厚度1.69 m，为中厚煤层，煤种为不黏煤，煤质较好。煤层含多层夹矸，单层最大厚度0.13 m，煤层中夹矸平均厚度0.12 m。15煤层上覆为14煤层,平均层间距为32.75 m。14煤层最大厚度为1.15 m,最小厚度为0.70 m,平均厚度为0.95 m。下伏16煤层，层间距35.00 m，最大厚度为1.30 m,最小厚度为0.62 m,平均厚度为1.10 m，局部不可采，15煤层自然发火期为3个月～6个月。

图1 大隆矿东二1507掘进工作面图

2.2 工程概况设计参数

合理选择支护设计参数，顶锚杆选用Φ22 mm×2 000 mm全螺纹等强锚杆，拉门点至拐点处顶板锚索选用Φ28.6 mm×5 200 mm，间排距1 700 mm×1 800 mm。拐点处至切眼顶板锚索选用Φ21.8 mm×5 200 mm，间排距1 700 mm×1 800 mm。帮锚杆均采用Φ22 mm×2 000 mm全螺纹等强锚杆。顶、帮锚杆材质均采用48#锰钢，破断力为195 kN；锚索材质采用82B钢，公称强度1 760 MPa，破断力586 kN。顶锚杆锚固力不小于100 kN，扭力矩不小于100 N·m；帮锚杆锚固力不小于50 kN，扭力矩不小于60 N·m；顶锚索锚固力不小于230 kN。

3 巷道围岩预测管理技术

3.1 巷道围岩灾变预测顶板预测管理技术

矿压观测：了解巷道围岩变化情况，观测巷道顶板变化。

观测对象：大隆矿二水平东二1507回顺。

第一种为长期开发的老油区，东部的松辽、渤海湾盆地属之，其未开发率分别为5.7%和8.3%。襄樊、江汉、苏北等东部小盆地的主要油田几乎全部储量都被开发。松辽盆地的主力油田喇嘛甸、萨尔图、杏树岗（可合称喇萨杏）的未开发率依次为0%、0.03%、1.3%，综合含水率依次为96.36%、95.35%、94.20%。但也有几个小油田储量仍未被动用。如萨西、二站、白音诺勒和依兰伊通地堑中的小油田。它们的可采储量仅数万、十数万吨，虽邻近开发强度甚高的油田但长期仍未动用，实际上其储量应在核销之例。

观测内容：巷道顶板离层量，锚杆、锚索锚固力，巷道表面位移。

观测方法：测点布置及要求如下：

1) 锚杆支护巷道在掘进期间遇有采动影响剧烈以及构造破碎带、巷道交叉点、大断面硐室和复合层厚度超过2 m的复合顶板等特殊地点，必须采用顶板离层指示仪，加强巷道顶板离层的监测。顶板离层指示仪必须由矿压监测人员具体设置，实行挂牌管理，标明各种参数和负责人，包括初始参数和变化量参数。

顶板离层仪上部基准点位于顶板上6 m。为不动基准点，中部基准点位于顶板上2.0 m。下部基准点位于顶板上1.0 m。细钢丝吊挂圆柱形钢件，刷不同颜色进行标识区分。

2) 掘进期间，根据矿压显现规律，将巷道从掘进开始到掘进结束整个服务期间内，按矿压显现程度不同，各测站现场测量时间分为2个阶段。

第一阶段：巷道掘进影响阶段，一般在巷道开掘的1 d～10 d，测点紧跟工作面，设点后每天测取一次读数。

第二阶段：一般为巷道开掘10 d以后至回采支承压力影响出现。如果顶板下沉速度≤3 mm/d，则2 d～3 d测一次，如果顶板下沉速度>3 mm/d，则应每天测定一次，并分析下沉原因，向领导小组汇报，采取补充措施。

3.2 巷道围岩灾变预测顶板预测处理设备(见表1)

表1 观测仪器一览表

4 巷道围岩灾变控制技术

4.1 巷道围岩变化预超限锚杆加强支护安全支护设计(见第89页图2)

锚杆的作用主要是悬吊作用、组合梁作用、围岩补强作用和组合拱作用。

而在巷道围岩顶板没有稳定区域，选用打锚索起到一个临时加固顶板和悬吊的作用，其与锚杆配合使用能够使顶板更加稳固，保障作业更安全。围岩顶板变化段每一片施工若干根锚索,如锚索并未打在稳定的岩层中，为了安全，在加强围岩超限段围岩质量的同时，还要架设工字钢棚。

4.2 锚索安全施工

锚索和锚杆属于主动支护，所以施工质量必须达标。锚索眼必须按规定垂直顶板施工，装树脂药卷前，先用锚索插入孔内试探锚索眼深度，孔深不够时，应重新打眼达到要求为止，眼深误差为±50 mm。锚索锚固后及时上托盘、锚具，及时使用千斤顶预紧，确保锚索托盘接顶严实。打眼人员不得带手套、毛巾，衣领、袖口扎紧。施工锚索时，即刻达到预紧力，严禁延后紧固。锚索的外露长度为150 mm～250 mm。

4.3 架设铁梯棚方法加强围岩

工字钢棚属于被动支护，当顶板有下沉或帮有压出时起到被动支护的作用。工字钢棚要想起到被动支护作用，必须安装合格。

架棚技术要求：

1) 架棚规格：棚梁长4 m，棚腿长3.5 m。

2) 架棚质量要求：棚距1.0 m，棚腿叉角180 mm/m，帮顶必须用1.2 m木柈刹严、刹实，顶板顺巷道方向4块柈，不少于3行柈，帮4块柈，并用楔子打紧，每块柈2个楔子。棚梁必须保证水平，棚腿必须保证齐。

3) 施工棚腿窝必须保证深200 mm，采用风镐或撬棍施工。棚腿立好必须用铁线绑于帮网上，防止棚腿倾倒伤人。

4.4 施工点柱方法控制巷道围岩顶板稳定

1) 当顶板压力显现时，二水平东二1507回顺及外围三、四角点施工点柱加强支护，点柱间距1.8 m，可视现场顶板实际情况调整点柱间距大小。

图2 巷道断面支护参数(mm)

2) 点柱采用3 200 mm长12#工字钢或29U型钢制作的铁点柱对接或3.5 m液压单体点柱。

3) 打29U型钢对接点柱或工字钢点柱时，必须打好200 mm以上的柱窝，点柱顶端用楔子打紧，并使用10#铁线绑好二次保护。

4) 打液压单体点柱时，液压单体必须垂直于顶底板，三用阀注液方向朝向风流方向，坚硬底板必须打好100 mm以上的柱窝，松软底板必须上木鞋或铁鞋并戴帽，确保单体支柱支撑有效。将顶帽扶正后，缓慢升柱使单体托住顶帽，微受力，然后将单体角度调正，人员躲至单体倾倒所波及的范围外，继续升柱，给足单体初撑力，系牢防倒带或用10#铁线绑好二次保护。

5) 点柱前后成线，巷道坡度小于8°时与巷道顶底板垂直，坡度超过8°时，必须给出巷道坡度1/8的迎山角，偏差不大于±50 mm。

东二1507回风道在拉门点、三四角点处多次采用点柱控制围岩变化，控制了围岩顶板的下沉量及下沉速度。尤其是大巷道宽度位置，控制效果更佳。