劉 真

（山西宏廈第一建設(shè)有限責(zé)任公司，山西 陽泉 045008）

煤礦在整合重組后，巷道掘進(jìn)過程中極其容易出現(xiàn)揭露已采工作面采空區(qū)的現(xiàn)象[1-3]。由于已采工作面采空區(qū)內(nèi)部為已垮落的頂板巖層巖石，且采空區(qū)上部巖層在煤層巷道掘進(jìn)過程中將會隨著巷道的不斷掘進(jìn)而不斷垮落，形成高冒區(qū)，使得煤層巷道掘進(jìn)后的巷道圍巖變形量增大，維護(hù)難度加大。本文以山西四明山礦煤層巷道掘進(jìn)過已采工作面采空區(qū)的工程為背景，提出安全有效的巷道圍巖控制方法，為其他類似整合礦井煤層巷道掘進(jìn)過已采工作面采空區(qū)提供參考。

1 概況

山西四明山煤礦在整合重組過程中，將原先周圍民營煤礦及上世紀(jì)開采的小煤窯等全部整合起來。為保證采掘平衡，同時減少巷道掘進(jìn)長度和成本，該礦出現(xiàn)煤層巷道掘進(jìn)過程中過相鄰民營煤礦已采工作面采空區(qū)的現(xiàn)象。該礦目前主采4號煤層，相鄰民營煤礦已采工作面采空區(qū)已經(jīng)形成約10年左右，經(jīng)探測采空區(qū)的圍巖處于相對穩(wěn)定狀態(tài)，4號煤層的已采工作面采空區(qū)頂板的冒落高度約4～6m。為保證掘進(jìn)巷道能夠快速且安全地通過已采工作面采空區(qū)，需要對采空區(qū)域的頂板圍巖加以控制。4號煤層頂?shù)装鍘r性如圖1所示。

2 掘進(jìn)巷道過已采工作面采空區(qū)圍巖控制技術(shù)

根據(jù)煤層巷道掘進(jìn)過已采工作面采空區(qū)的圍巖應(yīng)力分布規(guī)律，結(jié)合4號煤層34205已采工作面采空區(qū)范圍內(nèi)的地質(zhì)概況，將巷道掘進(jìn)過程分為以下三個階段：揭露已采工作面采空區(qū)前、揭露已采工作面采空區(qū)中和揭露已采工作面采空區(qū)后。針對以上三個階段的巷道圍巖控制提出不同的技術(shù)措施。

（1）揭露已采工作面采空區(qū)前圍巖控制技術(shù)

當(dāng)掘進(jìn)巷道的位置與采空區(qū)揭露點(diǎn)的距離約為45m時，掘進(jìn)頭進(jìn)入了高應(yīng)力的區(qū)域。在該區(qū)域內(nèi)，采用錨桿-錨索-金屬網(wǎng)-鋼帶聯(lián)合支護(hù)方式[4-5]。該方法可有效利用支護(hù)設(shè)備性能，提高巷道圍巖的穩(wěn)定性。而對于掘進(jìn)工作面圍巖較破碎的區(qū)域，則采用金屬鋼支架對該區(qū)域內(nèi)圍巖進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù)，從而有效增強(qiáng)其圍巖的穩(wěn)定性。當(dāng)掘進(jìn)巷道的位置與采空區(qū)揭露點(diǎn)的距離約為25m時，掘進(jìn)工作面進(jìn)入巷道圍巖原巖應(yīng)力區(qū)和應(yīng)力降低區(qū)。在該區(qū)域內(nèi)，巷道圍巖整體發(fā)生破壞，裂隙發(fā)育貫通，因此在采用上述聯(lián)合支護(hù)的方法外，還必須采用超前注漿加固的方法，對掘進(jìn)巷道圍巖破碎的范圍進(jìn)行有效的加固，提高掘進(jìn)巷道圍巖穩(wěn)定性。

圖1 4號煤層頂?shù)装鍘r性

（2）揭露已采工作面采空區(qū)中圍巖控制技術(shù)

當(dāng)掘進(jìn)巷道在采空區(qū)內(nèi)掘進(jìn)的32m范圍內(nèi)，巷道頂板和兩幫的圍巖極為破碎，因此必須采用超前注漿加固的方法對掘進(jìn)巷道的頂板和兩幫圍巖進(jìn)行加固。同時加入錨索-金屬網(wǎng)-鋼帶-金屬鋼支架等補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)措施，進(jìn)而充分發(fā)揮錨索的懸吊作用和金屬支架的支承作用。此外，為防止因圍巖風(fēng)化而出現(xiàn)巷道漏風(fēng)的危險現(xiàn)象，需要對巷道圍巖進(jìn)行噴漿。

（3）揭露已采工作面采空區(qū)后圍巖控制技術(shù)

與第一階段的施工方法相同，在應(yīng)力降低區(qū)和原巖應(yīng)力區(qū)內(nèi)的25m范圍內(nèi)，需配合注漿加固掘進(jìn)工作面巷道圍巖。當(dāng)掘進(jìn)過采空區(qū)45m范圍后，取消注漿加固措施，恢復(fù)原支護(hù)方案。

3 工程實(shí)例

3.1 巷道原支護(hù)方案

34206工作面軌道順槽寬度為4200mm，高度為3500mm，為矩形巷道。原有支護(hù)方式：頂板布置4根直徑為20mm、長度為2.0m的錨桿，錨桿的間距和排距均設(shè)計(jì)為1000mm；巷幫錨桿規(guī)格和支護(hù)密度與頂板相同。巷道錨桿布置方案如圖2所示。

圖2 巷道錨桿布置方案圖

3.2 掘進(jìn)巷道過已采工作面采空區(qū)支護(hù)方法

（1）錨桿-錨索-金屬網(wǎng)-鋼帶聯(lián)合支護(hù)方法

34206工作面軌道順槽采用錨桿-錨索-金屬網(wǎng)-鋼帶聯(lián)合支護(hù)方式，支護(hù)斷面如圖3所示。巷道頂錨桿采用直徑為22mm、長度為2.4m的高強(qiáng)度錨桿，并加入高強(qiáng)度高延伸率錨索作為補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)，錨索直徑為18mm，長度為8.0m。每根錨桿和錨索都配有鋼帶，鋼帶長度4000mm。錨桿間距和排距均為800mm，錨索間距和排距均為1600mm。

巷道兩幫同樣采用錨桿與錨索聯(lián)合支護(hù)的方法，錨桿、錨索的規(guī)格和參數(shù)與頂板相同，此外加入金屬網(wǎng)進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)，金屬網(wǎng)規(guī)格為25mm×25mm的菱形金屬網(wǎng)。通過上述支護(hù)方案，能夠大大減少34206工作面軌道順槽掘進(jìn)工作面的巷道變形，以提高巷道圍巖穩(wěn)定性。

（2）錨桿-錨索-金屬網(wǎng)-鋼帶-金屬鋼支架聯(lián)合支護(hù)方法

該種支護(hù)方法中所使用的錨桿、錨索、鋼帶和金屬網(wǎng)與（1）中相同，只是在巷道圍巖十分破碎的范圍內(nèi)，采用金屬鋼支架對巷道頂板和兩幫的破碎圍巖進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù)，進(jìn)而有效控制巷道圍巖嚴(yán)重變形。巷道頂板采用金屬鋼支架進(jìn)行支護(hù)，金屬鋼支架長2000mm，排距800mm，間距800mm。

（3）掘進(jìn)工作面巷道噴漿方法

為了有效防止掘進(jìn)工作面巷道圍巖由于風(fēng)化等原因而出現(xiàn)漏風(fēng)的現(xiàn)象，利用檢修進(jìn)行巷道圍巖噴漿。巷道圍巖噴漿厚度為20mm，減少巷道圍巖暴露的時間，減小巷道圍巖的風(fēng)化程度，實(shí)現(xiàn)掘進(jìn)巷道快速安全地通過已采工作面采空區(qū)。

圖3 聯(lián)合支護(hù)示意圖

（4）掘進(jìn)工作面超前注漿加固方法

在工作面進(jìn)入原巖應(yīng)力區(qū)和應(yīng)力降低區(qū)后，由于巷道圍巖整體發(fā)生了破壞且巷道圍巖裂隙發(fā)育，因此除了上述所述的聯(lián)合支護(hù)和巷道圍巖噴漿技術(shù)外，還必須對巷道圍巖進(jìn)行注漿加固，以提高巷道圍巖的穩(wěn)定性。注漿加固材料可以選用水泥漿材料或者水玻璃材料，同時配合以錨桿-錨索-金屬網(wǎng)-鋼帶-金屬鋼支架聯(lián)合支護(hù)技術(shù)以達(dá)到良好的支護(hù)效果。

4 結(jié)論

山西四明山煤礦34206軌道順槽掘進(jìn)工作面過已采工作面采空區(qū)，根據(jù)具體生產(chǎn)實(shí)際提出詳細(xì)支護(hù)方案：

（1）將掘進(jìn)巷道過已采工作面采空區(qū)分為三個階段，即揭露已采工作面采空區(qū)前、揭露已采工作面采空區(qū)中和揭露已采工作面采空區(qū)后。

（2）針對不同階段的巷道圍巖變形特點(diǎn)，提出錨桿-錨索-金屬網(wǎng)-鋼帶-金屬鋼支架聯(lián)合支護(hù)方法，提出巷道圍巖噴漿和工作面超前注漿加固的方法，使得掘進(jìn)巷道安全快速地通過已采工作面采空區(qū)，為其他類似整合礦井煤層巷道掘進(jìn)過已采工作面采空區(qū)提供一定參考。