复采区掘进巷道过采空区支护技术研究

冯云贵

（汾西矿业集团水峪煤业，山西 孝义 032300）

引言

煤矿开采后形成的采空区会给巷道掘进带来更大的挑战，采空区存在较多的不确定因素，同时还存在一定的积水以及有害气体等，并且岩层还容易出现严重变形等情况，因此存在着较多的安全隐患。为保障巷道掘进的顺利开展，提升施工作业的安全性，需要加强对支护技术的应用，解决采空区存在的问题，提升巷道的稳定性。

1 采空区围岩稳定性分析

1.1 采空区覆岩结构类型分析

采空区覆岩结构可以根据其遭受破坏的程度进行分类，主要包括完整结果类、散状结构类、层状结构类以及破碎结构类等。不同的结构类型，需要借助不同的支护技术对围岩加强控制。因此支护技术的应用，首先需要确定采空区的覆岩结构，这是保障支护技术应用效果的重要基础[1]。

1.2 采空区围岩失稳分析

在重力作用下，破碎岩层的压实度会不断提升，但是依然不能完全杜绝空隙以及裂隙等。与此同时，在巷道掘进过程中，必然会对采空区造成一定的影响，导致其原有的平衡被打破，甚至还会出现新的空洞、孔隙以及裂隙等，同时顶板破碎石块还会沿着裂隙破断，因此更容易发生顶板冒落等问题，增加巷道掘进难度的同时，也导致施工作业的风险性更高。

1.3 采空区巷道掘进评价

采面回采后，在采空区边缘部位随之产生相应的应力集中现象，而这种现象呈动态发展的态势，与采空区面积成正比，随着采空区面积的增大，这种应力集中现象也会越明显，并且应力集中的范围也会随之扩大。要做好采空区裂隙带以及冒落带的高度计算，如果巷道掘机处于采空区应力范围内，为防止破碎围岩的移动，则需要做好破碎围岩的加固，合理运用支护技术，保障加固效果，为巷道掘进施工提供安全保障。

2 巷道过采空区支护技术

2.1 工程概况

以某复采工作面回采巷道掘进施工为例分析支护技术的应用措施，该工程中所涉及到的采空区上覆岩出现了比较严重的垮落现象，并且在巷道掘进过程中，顶板覆岩随着掘进作业不断垮落。采面涉及到的煤层为近水煤层，该煤层具有硬度低的特点，并且煤层内部还有裂隙发育。在巷道掘进施工作业过程中，需要穿过两个采空区，总长度92 m。结合工程实际情况，决定针对采空区的支护采用“注浆加固与架棚支护”相结合的方式进行支护，并且取得了比较理想的支护效果，为巷道掘进作业以及巷道的应用提供了有力的安全保障[2]。

2.2 注浆加固设计

由于该工程中针对采空区支护采用“注浆加固与架棚支护”相结合的方式，因此做好注浆加固设计至关重要，这直接关乎最终支护的效果，同时也会对巷道掘进作业以及巷道使用的安全性等产生重要影响。注浆加固设计需要结合采空区的实际情况，根据采空区勘察分析，发现其存在裂隙发育以及岩层破碎的现象，与此同时，该复采工作面回采巷道采空区内的岩层的岩性主要为泥岩，结合这些特点，在注浆加固设计过程中决定借助化学材料进行加固，所应用的化学材料主要包括“漏必堵”以及“固特瑞”两种[3]。这样的设计既符合采空区的实际情况，也充分彰显了方案的经济性，同时也为施工提供了一定的便利。具体而言，在设计方案中针对采空区边缘区域的掘进作业提供了相应的保护措施。由于采空区边缘区域存在较大的空顶，因此可以借助顾特瑞泡沫进行充填，使其形成人工顶板，更好的保障掘进作业的安全性。在实际的施工过程中，应先设置防漏浆层，然后再进行填充作业。在通过空顶区之后，借助漏必堵加固破碎区的围岩。在注浆加固过程中，钻孔是关键，钻孔过程中，需要以巷道中心线为中心，第一排注浆孔的间距、深度、与顶板距离以及倾角分别为1 m、5 m、0.5 m 以及40°；第二排钻孔的倾角应控制在10°，并且钻孔的深度为0.5 m。

2.3 巷道支护方案设计

由于采用针对采空区的支护采用“注浆加固与架棚支护”相结合的方式进行支护，因此在做好注浆加固设计的同时，还需要保障巷道支护方案的科学性。

2.3.1 工字钢支护

在该工程中，由于原采空区出现了冒落问题，同时还伴有顶板破碎等现象，因此会给巷道支护带来更大的挑战。因此在支护方案设计过程中为了更好地保障支护效果，需要采用工字钢支护的方式[4]。这种支护方式能够借助工字硬度大等方面的优势，提升围岩的稳定性。在应用工字钢钢棚支护的同时，借助挂金属网的方式形成假顶，更好的保障支护效果。

2.3.2 支护设计

在支护设计过程中，首先要进行临时支护设计，临时支护设计材料主要为背板、无缝钢管、单体柱、吊环以及木楔等。要确定相关材料的数量、规格等，以无缝钢管为例，其长度应为3 m，数量为2 根，在架设的过程中，将其沿着巷道的方向借助连接装置挂在顶梁上，掐断神像迎头煤岩壁做前探支护。在放炮完成后，先“敲帮问顶”，将顶、邦活石伞檐清除。将单体柱架设在顶梁之前，然后将前探梁向后移出架设顶梁的空间，单体柱架设与前探梁后移交替进行，并在前探梁支护完成后及时进行永久支护[5]。

2.3.3 永久支护

永久支护主要针对冒落区顶板进行支护以及对采空区顶板进行支护。以冒落区顶板支护为例，首先要将模板铺设在顶板金属网上，然后将浮渣作为材料进行回填，回填厚度为0.5 m 左右，在棚架高度达到3 m 左右时需要开始井字架接顶。回填完成后，沿着棚腿的上、中、下插入1 m 的废弃锚杆，并使其与棚腿相连接，两帮凝固后便会形成一个整体。再以采空区顶板支护为例，施工过程中，通常都需要采用门字形梁进行支护，但是棚架的支撑除外。同时液压柱以3排超前形式跟进，通过这种方式，能够在来压时促进支撑力的提升。在前进过程中，可以应用钢筋或者钻杆等制造假顶。先进行钻孔，然后在钻孔处插入钢筋，如果钻孔后钻杆难以取出，则可以直接利用钻杆来制造假顶。在施工过程中，要确保钻杆与掘进放方向平行，同时还要将钻杆与顶板之间的夹角控制在30°以内，还要将钢筋或者钻杆之间的距离控制在0.3 m～0.4 m 左右，具体的间距应根据顶板破碎情况来确定。在迎头作业过程中，超前支护的材料以木梁或者单体柱为主，架棚的顶梁、腿长、搭接长度以及间距分别为3 m、2.6 m、0.3 m 以及0.5 m，同时巷道的高度、毛断面上部的宽度、下部的宽度分别为2.7 m、3 m、3.6 m。

2.4 顶板安全控制措施

加强顶板安全控制能够更好地保证支护效果，为巷道掘进作业以及巷道的应用提供更加有力的安全保障。在顶板安全控制过程中，及时清理危矸以及活杆等，这样可以更好的预防危矸掉落伤人等事故[6]。另外，还要注重对各掘进循环进尺的把控，在应用架棚支护的过程中，应将各循环进尺控制在0.6 m 之内，在掘进之后需要第一时间进行支护，避免出现空顶作业的现象。与此同时，还要随着工作面掘进进行永久支护，这样能够更好地规避顶板冒落等问题发生。如果在掘进的过程中发生了顶板冒落的问题，则需要等到顶板稳定后再进行处理，以免造成更大的危害与损失。

3 结语

煤矿开采后形成的采空区，而在复采区巷道掘进过程中容易出现穿过空采取的情况，这会给巷道掘进带来更大的挑战。采空区存的岩层容易出现严重变形，破碎岩石稳定性差，因此存在着较多的安全隐患。为保障巷道掘进作业的安全性，需要加强对支护技术的应用，结合采空区的实际情况以及采空区存在的问题，制定科学的支护方案，提升巷道的稳定性。