开拓巷道穿越采空区支护技术研究及应用

　　摘 要：本文主要以黄陵矿业有限公司一号煤矿四盘区开拓巷道为工程实例，介绍了一种煤矿用开拓巷道穿越采空区支护技术。根据四盘区探明的小煤窑采空区工程地质条件，研究设计了开拓巷道穿越采空区支护技术方案，实现了四盘区开拓巷道穿越采空区时的安全、高效施工。通过实践证实了此支护技术的可行性，可为类似条件下开拓巷道掘进施工借鉴。

　　关键词：开拓巷道;采空区;三维地震勘探成果;支护技术

　　0引 言

　　陕西陕煤黄陵矿业有限公司一号煤矿位于陕西省黄陵县城西北约25km处，矿井核定生产能力为600万t/a，主采煤层为2#煤，2#煤属中厚煤层。矿井四盘区2#煤层附存平均厚度为1.8m，盘区内布置的开拓巷道位于井田东南部，设计为两条直墙半圆拱形巷道，分别为四盘区回风巷、四盘区运输巷，其中四盘区回风巷设计净宽5000mm，设计净高4300mm，设计直墙高1800mm，四盘区运输巷设计净宽3800mm，设计净高3300mm，设计直墙高1400mm，两条大巷之间留设保护煤柱30m，均与矿井井田边界平行，其中四盘区运输巷与井田边界之间留设保护煤柱256m，形成后用于四盘区煤炭资源开采。

　　矿井论文投稿刊物：《煤炭与化工》是河北省化学工业研究院主管、河北煤炭科学研究院主办、《煤炭与化工》杂志社编辑出版、全面报道国家有关煤炭及化工产业新的方针、政策以及新的工艺、技术装备为一体的综合性技术期刊。

　　根据四盘区三维地震勘探成果资料显示，矿井井田东南部煤炭资源已经受周边小煤窑破坏，且小煤窑因采煤方法不正规，多采用巷采或以掘带采，形成的采空区给四盘区开拓巷道掘进施工带来了严重威胁。因此，在四盘区开拓巷道穿越小煤窑采空区前，必须根据采空区工程地质条件，研究设计一种可行的穿越采空区支护技术，保证四盘区开拓巷道穿越采空区时的安全高效施工。

　　1工程概况

　　陕西陕煤黄陵矿业有限公司委托陕西省煤田地质局物探测量队对四盘区异常区进行了三维地质勘探。根据三维地震勘探成果分析，四盘区回风巷将于3193m、运输巷将于3281m揭露小煤窑采空区，预计四盘区回风巷穿越采空区长度85m，预计四盘区运输巷穿越采空区长度550m。

　　2017年4月～2017年6月四盘区开拓巷道掘进工程按照专项安全技术措施安全顺利地揭露了小煤窑采空区。根据揭露现场观测，所揭露的采空区冒落岩块已压实，主要为片状泥质砂岩，大小基本不超过1200×500mm。

　　根据陕西省煤田地质局物探测量队解析的三维地震勘探成果以及四盘区开拓巷道揭露采空区现状分析，小煤窑开采形成的2#煤采空区范围相对较大，因此，要探明采空区实际冒落情况难度较大。鉴此，在研究设计支护方案之前须对可能遇到的工程地质条件进行分析，并针对不同的采空区工程地质条件研究设计相对应的支护方案，保证四盘区开拓巷道掘进工程施工安全。

　　2开拓巷道穿越采空区支护方案设计

　　2.1 采空区工程地质条件分析

　　根据四盘区2#煤层附存厚度、顶板围岩、水及瓦斯等情况，对可能遇到的采空区地质条件分析如下：

　　1.根据小煤窑开采特点，采空区中可能存在有布置连续老巷形成的煤柱。

　　2.可能存在垮落形成的稳定采空区(即在掘进出矸作业时，顶板不再冒落)。

　　3.可能存在垮落形成的不稳定采空区(即在掘进出矸作业时，顶板继续冒落，且冒落岩石较碎)。

　　2.2 开拓巷道穿越采空区支护方案设计

　　根据四盘区开拓巷道穿越采空区可能遇到的采空区工程地质条件分析，结合钢筋混凝土碹支护技术在不稳定地层的应用经验，对四盘区开拓巷道穿越采空区设计以下三种支护方案。

　　1.钢筋混凝土连续墙支护技术

　　根据小煤窑开采特点，采空区中可能存在有布置连续老巷形成的煤柱，该区域顶板整体性和稳定性较好、且煤柱延续长度不小于10m时，采用锚网索喷对所掘巷道顶板进行支护、采用锚网索+11#工字钢点柱方式加强老巷支护，然后浇筑钢筋混凝土连续墙形成巷帮，实现开拓巷道穿越采空区中连续煤柱稳定区。

　　2.管棚钢筋混凝土碹联合支护技术

　　当开拓巷道穿越稳定采空区时，支设“超前管棚+金属网+U型钢棚+喷砼”形成临时支护(一次支护)，利用一次支护形成的外模浇筑钢筋混凝土碹隔离采空区形成巷道，实现开拓巷道穿越稳定采空区。

　　3.管棚钢筋混凝土碹注联合支护技术

　　当开拓巷道穿越不稳定采空区时，先架设超前注浆管棚对冒落区围岩进行加固，再支设“金属网+U型钢棚+喷砼”与超前注浆管棚形成临时支护(一次支护)，然后利用一次支护形成的外模浇筑钢筋混凝土碹隔离采空区形成巷道，实现开拓巷道穿越不稳定采空区。

　　3.开拓巷道穿越采空区支护参数设计及校核

　　本文研究设计的开拓巷道穿越采空区关键支护技术为管棚钢筋混凝土碹联合支护，下文将以四盘区回风巷为例，重点叙述管棚钢筋混凝土碹联合支护参数选择及工艺。

　　3.1 管棚钢筋混凝土碹支护参数设计

　　根据上文分析，四盘区运输巷采用管棚钢筋混凝土碹联合支护穿越采空区，巷道全断面安装管棚，规格为φ50×6mm，环向布置，间距300mm,外插角3°～5°，单管长度L=3600mm，搭接长度1800mm;全断面挂双层φ6金属网，网孔50×50mm;架设U25钢棚，排距600mm，棚与棚之间采用5根拉杆连接;全断面喷C20砼，厚度110mm;钢筋混凝土碹主副筋均为φ18螺纹钢，结构筋为φ8圆钢，间排距均为300mm，搭接长度35d，混凝土强度为C30，厚度400mm，基础深度400mm，混凝土中须添加BR-3型防水剂，加入量为水泥量的10%。

　　4.钢筋混凝土碹支护参数校核

　　C30钢筋混凝土条件下，综合考虑巷道断面尺寸、采空区冒落围岩稳定状态、临时支护参数、支护结构等情况，查采矿工程设计手册，选定碹体厚度为400mm，可知碹体容许抗压应力安全值为16.5MPa。

　　4开拓巷道穿越采空区支护工艺

　　工艺流程：全断面安装超前管棚→全断面挂φ6金属网→支设U型钢棚→全段面喷砼→浇筑钢筋混凝土碹。

　　技术关键：一是安装超前管棚并支设“金属网+U型钢棚+喷砼”形成临时支护，保证作业安全、为砌碹创造作业空间及外模，二是绑扎钢筋、浇筑混凝土碹体，保证掘进与砌碹平行作业。

　　5应用效果

　　四盘区开拓巷道采用本文设计的管棚钢筋混凝土碹支护技术及专项安全技术措施安全顺利地穿越小煤窑采空区，实际穿越总长535m，其中四盘区回风巷实际穿越总长51m，四盘区运输巷实际穿越总长484m。

　　黄陵矿业一号煤矿四盘区开拓巷道穿越采空区所采用的管棚钢筋混凝土碹支护技术一是采用超前管棚支护提高了掘进作业安全系数、减少了掘进工程量;二是采用U型钢棚支护，解决了钢筋混凝土碹永久支护与掘进施工平行作业的问题;三是钢筋混凝土碹永久支护与一次支护共同承载采空区二次稳定过程中矿压重新分布所产生的载荷，支护结构合理可靠。该技术的应用为四盘区开拓巷道安全高效穿越采空区奠定了基础，可为类似条件下开拓巷道掘进施工借鉴。

　　参考文献：

　　[1]李勇.关于采区大巷过大面积采空区时支护方案的比选及应用[J]. 煤炭与化工，2019(2)：1～3.

　　[2]姚宁.掘进巷道穿采空区支护技术分析[J]. 能源与节能，2018(11)：111～112,121.

　　[3]李允生.掘进工作面管棚支护过冒落区探究与实践[J]. 山东煤炭科技，2018(1)：55～56.

　　[4]毕业武,张春峰,范秀利.掘进巷道快速通过采空区围岩的控制技术[J]. 黑龙江科技大学学报，2017(6)：581～586.

　　[5]刘涛,李建壮,王兴亚.管棚与钢支架联合支护在穿越破碎带巷道中的应用[J]. 采矿技术，2017(2)：26～27.

　　作者：姜明 梁林 李亚斌 赵群