巷道掘进支护技术存在的问题及改进措施分析

＊刘泽兵

（山西离柳焦煤集团有限公司 山西 032300）

引言

现如今，国内多数煤矿仍旧处于地下开采阶段，所需的巷道掘进量相对较大，特别是随着先进开采、支护工艺应用到煤矿开采工作面，导致的采掘接替问题较为紧张，再加上井下地质环境较为复杂，不可控因素相对较多，巷道掘进支护过程中容易出现较多问题，各种类型的冒顶、片帮的严重制约了巷道掘进支护效果。因此，对巷道掘进支护技术存在的问题及改进措施进行分析有着较为重要的意义。

1.工程概况

Xx煤矿xxx巷道标高在-650m-700m之间，巷道顶板、底板主要以灰岩为主，其中有一层泥岩煤线，整个巷道长度在490m左右，巷道坡度在12°左右。从巷道支护设计来看，在掘进过程中选择使用传统的锚网索喷支护方式，主要是在对巷道进行爆破之后，使用喷浆对巷道进行找平，然后再打设锚杆进行支护，锚索支护滞后锚杆支护进行。

2.巷道掘进支护技术存在的主要问题

从该巷道的支护情况来看，巷道设计采用的是“两掘一喷”的支护方式，巷道设计的断面为直墙半圆拱形断面，从现场施工情况来看，巷道支护存在的问题较为明显。主要表现在四个方面：

首先，在爆破之后，设计采用的打锚杆后进行挂网再进行喷浆，由于巷道整体的轮廓平整度不够，导致锚杆整体的施工难度相对较大，在施工中出现了较为明显的金属网、托盘等不能与岩石面有效紧贴的问题，锚杆受力面积、预紧力等相对于设计需求有差距，影响到锚杆整体的支护效果，在喷浆之后，也形成了较为明显的片帮离层的问题。

其次，在对巷道进行爆破之后，锚杆完成支护之后，技术人员在进行喷浆封闭，由于需要成型，消耗的混凝土的数量相对较多，导致整个施工整体的成本相对较大。

由于施工工艺设计采用的是“两掘一喷”的方式，在具体施工时，三个班组完成一个循环，掘进支护的班组是两个，喷浆的班组是一个，这就导致单进水平整体不高，掘进的速度相对较慢，再加上传统的支护方式与工艺，对整个巷道的单进速度、支护稳定性等方面有着直接的影响。

从现场的情况来看，巷道在掘进支护之后，巷道整体的稳定性偏差，整体出现了较为严重的变形问题，特别是在喷浆层出现了明显的外鼓离层问题，在部分地段也出现了坍塌的情况。

3.提升巷道掘进支护效果的相关措施

(1)巷道返修支护方案

根据巷道施工之后出现的问题，对巷道掘进之后整体出现的变形破坏情况进行了全面的分析，导致巷道出现明显变形破坏的原因主要有巷道掘进支护整体的强度不够，稳定性也不足，在对巷道爆破之后，巷道轮廓线出现明显不平整的问题，锚网施工难度也相对较大，锚杆支护效果达不到设计要求，导致锚杆并不能对围岩形成强有力的锚固挤压，影响到围岩整体的稳定性。结合巷道所处地质条件，对巷道掘进支护方案重新进行了分析，提出了如下施工方案与施工工艺。

首先，在对掘进巷道进行爆破之后，进行喷浆封闭处理，然后再进行找平，之后再进行锚杆的打设，锚杆打设完成之后，挂网上钢带梁，最后再进行锚索支护。整个施工工序为：技术人员进行爆破→技术人员对施工现场瓦斯、顶板等进行全面安全检查→确认安全后，技术人员采取敲帮问顶措施→对巷道表面进行初喷然后找平→技术人员采取临时支护措施→将现场的渣石全部清理干净→技术人员打设锚杆孔→将锚杆安装到位→施工锚索进行补强→全部施工后进行工程整理。

从巷道临时支护情况来看，在对巷道进行爆破之后，技术人员首先进行敲帮问顶，将其中存在的危矸活岩等全部清除干净，然后铺网进行联网，选择使用两根玻璃钢单体柱配合使用短木板的方式，对巷道进行全面的临时支护，在本次使用单体柱时，设计了针对性的防倒措施，主要使用了防倒链。在具体施工时，施工技术人员采取了临时打锚杆配合初喷的方式，作为现场临时支护措施。

在对巷道进行爆破之后，技术人员采取喷浆封闭找平的方式，本次喷浆的厚度在60mm左右，通过喷浆主要达到了巷道表面平整的效果，喷浆应当密实，对于轮廓线应当达到设计标准，确保巷道断面可以有效成型，主要目的是为了更好的开展打锚杆、上钢带等施工。

(2)对掘进巷道进行支护

首先，对巷道锚杆进行施工，具体流程为：技术人员严格执行敲帮问顶措施→喷浆之后进行找平→对巷道进行临时支护→将现场渣土全部清出→将打设眼位全部标出来→开展钻孔施工→对钻孔进行全面清理→安装锚固剂→将锚杆安装到位→对锚杆进行紧固。在锚杆施工时，应当严格做到及时施工。在对锚杆孔进行打设时，应当按照从外到里的顺序，首先进行顶板然后进行两帮、从中间向两帮逐步进行打钻的方式。

同时，为了更好的提升锚杆施工的质量，本次对锚杆、锚索支护过程中整体的质量进行了严格的控制，锚杆扭矩本次超过260N·m，锚固力超过100kN，锚索预紧力超过100kN，锚固力超过150kN，在锚索施工到位之后，技术人员需要在半个小时内完成张拉施工，不能出现集中张拉的问题，若使用的胶结材料没有达到设计强度，技术人员不能进行锚索张拉施工。对于锚杆孔位置的差异应当控制在100mm之内，对于角度误差应当控制在15°范围内，在打眼时，锚杆孔深度和长度应当全面做到相互匹配。锚杆安装改革前后效果图见图1所示。

图1 锚杆安装改革前后效果图

同时，本次结合巷道所处地段的地质特征，提出了“强弱强”巷道支护结构，该支护理念是将巷道作为中心，具体就是在巷道表层施加的巷道支护体，属于强力支护，也就是在巷道表层形成了较强的支护结构。其次是中间的弱结构，就是巷道支护消波吸能区，主要是巷道表层的围岩，巷道表层岩石在巷道开挖、巷道支护后，破裂形成了松散岩体，这部分主要可以吸收巷道围岩变形带来的破坏。最后是巷道深部表层围岩，实现对浅部围岩表现的限制作用。图2为“强弱强”巷道支护结构示意图。

图2 巷道“强弱强”支护结构示意图

结合巷道所处位置地质情况，巷道整体处于冲击危险区域内，属于深井大断面高应力强卸压冲击地压巷道。本次在返修时，就按照“强弱强”支护理念，不仅强化对巷道的支护，同时，也给巷道有充足的压力释放空间，也就是充分利用中间的弱结构，实现防冲协调的效果。通过对巷道使用情况的全面分析，本次返修时，巷道断面设计采用矩形断面，通过采取锚杆、锚索等主动支护的方式，配合使用液压抬棚，在巷道的表层形成较强的支护结构。对于中间层，本次选择使用反复掏裂的方法，对中间弱结构进行了构造，充分发挥中间弱结构消波吸能的效果。此外，通过打设长锚索的方式，将长锚索锚固到巷道深部稳定围岩中，将深部稳定围岩对浅部巷道围岩的悬吊作用充分发挥出来，也就是在巷道深部形成了一个较强的支护结构。具体支护情况见图3所示。

图3 巷道支护参数图

中间弱结构卸压防冲效果会直接影响到本次返修的效果。在本次弱结构形成的过程中，通过反复掏裂的方式，在巷道的两帮形成了较好的“中间弱结构”，实现对巷道动静荷载能量的有效吸收。在本次具体施工时，技术人员首先用钻机在巷道两帮向岩体中打设卸压空，本次打设的卸压孔直径为120mm，间距设计为3m，同时，在钻孔中打入了10m钢管，主要目的是防止中部弱结构施工对巷道表层产生较为负面影响，也在一定程度上实现了巷道表层的有效加固。施工之后，从钢管内向卸压孔中继续进行钻孔，通过深入卸压钻孔的方式，对巷道岩体进行“靶向”致裂，在致裂之后，岩体实现相互贯通，形成巷道两帮的防冲弱结构。随着两帮内的防冲弱结构被逐渐压实了之后，再通过钢管对岩体进行致裂卸压，从而确保巷道内小结构完整。当巷道两帮的防冲弱结构在岩体压力作用下压实后，再次通过钢管反复多次循环对岩体进行致裂卸压而不破坏巷道内强小结构，巷道支护层不会在卸压钻孔作用下使岩体松动圈扩大。图4是致裂示意图。

图4 弱结构构建示意图

在本次施工的过程中，在巷道中间弱结构层，充分利用防冲卸压孔设置中间弱结构钻孔。本次施工时，在巷道两帮均进行钻孔的打设，深度设计为20m，在10m的位置将钢管放入到其中。在剩余10m之外，通过打孔的过程，实现松动的效果，在其中形成岩体松散弱结构。巷道两帮防冲弱结构层，随着压力的不断增加，会被明显压实。然后从钢管中向卸压钻孔中，将钻头钻进其中，实现对巷道两帮岩体的有效致裂。从巷道两帮弱结构的实际压实情况来看，通过反复操作的方式，可实现对岩体的有效致裂。在这个反复的过程中，巷道左右两帮会在卸压孔的反复作用下，整个岩体松动圈的范围在不断提升，弱结构同时可以实现对巷道内强小结构的有效保护。

(3)施工技术要点

结合本工程情况，在具体施工的过程中，对施工技术要点进行严格把控。

首先，应当从揭露煤岩层的实际情况出发，技术人员严格制定出爆破参数图表，对于炮眼的具体间距、深度、角度及个数等均应当和实际情况相符合，在爆破的过程中，严格根据爆破参数的不同，使用不同的炸药，确保光爆效果，最大限度的降低爆破对整个巷道围岩带来的破坏程度。

其次，在爆破之后，技术人员应当及时对活渣危石进行全部清除，对于存在围岩破碎的地段，技术人员应当在喷浆之前，通过采取打设锚杆的方式，作为临时支护措施，全面提升临时支护的整体效果。

第三，在喷浆过程中，对于喷浆的厚度应当确保可以将围岩裂隙有效封闭，应当确保巷道轮廓可以符合设计的具体需求。

第四，在对巷道进行喷浆之后，对锚杆进行支护时，应当滞后迎头1.6m，也就是两排，对于钢筋梯子梁、锚杆托盘等均应当与巷道壁进行全部紧贴，在锚杆施工中之后的两个小时之内，技术人员应当对锚杆进行二次螺母加固，在进行交接班时，接班组应当对锚杆、锚索进行二次加固，确保锚杆、锚索整体的支护质量。在锚索进行张拉之后，技术人员应当对锚索周边的锚杆进行再次紧固，从而更好保证整个锚杆、锚索支护质量。

此外，注重做好对每个环节施工质量的全面检测，确保各个环节均可以按照设计要求施工到位，防止出现打折扣的问题发生。

通过对巷道矿压进行观测，更好掌握巷道返修的整体效果。在巷道扩修的过程中，对巷道整体的位移情况进行了全面观测。随着巷道维护时间的不断提升，巷道两帮位移量不断提升，在60天时，巷道两帮整体较为稳定，从弱结构产生的裂隙情况来看，弱结构致裂对巷道强结构整体带来的影响相对较小，弱结构致裂后，巷道并没有发生较大的失稳问题。

4.结束语

综上分析，掘进支护是当前煤矿井下重要的支护内容，从当前巷道掘进支护的实际情况来看，整体的支护效果已经相对于先前有了提升，但是随着巷道埋深的增加，掘进支护在很多方面表现出了较大的不足，全面提升支护实效已经成了当前巷道掘进工作需要重点破解的难题。因此，煤矿企业应当充分认识到做好掘进支护的重要性，切实从巷道所处的地质情况出发，全面提升掘进支护的复合型，更好保证掘进支护质量。