关于采区大巷过大面积采空区时支护方案的比选及应用

关于采区大巷过大面积采空区时支护方案的比选及应用
李勇
（霍州煤电集团吕梁山煤电有限公司木瓜煤矿，山西吕梁０３３１０２）
摘要：以临汾某矿井下采区大巷过采空区为例，结合目前国内的巷道支护的相关理论，通过对采空区支护方案的选取和经济对比，提出对采空区巷道采用锚索＋Ｗ钢带联合支护的方案。

关键词：采空区；顶板破碎；锚索＋Ｗ钢带；联合支护
中图分类号：ＴＤ３５３文献标志码：Ａ文章编号：１００９－０７９７（２０１９）０２－０００１－０３
A large area of mining roadway goaf supporting scheme selection and Application
ＬＩＹｏｎｇ
（ＨｕｏＺｈｏｕＣｏａｌＥｌｅｃｔｒｉｃｉｔｙＧｒｏｕｐＬｕＬｉａｎｇｓｈａｎＣｏａｌＥｌｅｃｔｒｉｃＣｏ．，ＬＴＤ．ＭｕＧｕａＣｏａｌＭｉｎｅ，Ｌｖｌｉａｎｇ０３３１０２．Ｃｈｉｎａ）Absrtact:ＴａｋｉｎｇｔｈｅｇｏａｆｏｆａｍｉｎｅｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄｒｏａｄｗａｙｉｎＬｉｎｆｅｎａｓａｎｅｘａｍｐｌｅ，ｃｏｍｂｉｎｅｄｗｉｔｈｔｈｅｃｕｒｒｅｎｔｄｏｍｅｓｔｉｃｔｈｅｏｒｙｏｆｒｏａｄｗａｙｓｕｐｐｏｒｔ，ｔｈｒｏｕｇｈｔｈｅｓｅｌｅｃｔｉｏｎａｎｄｅｃｏｎｏｍｉｃｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆｓｕｐｐｏｒｔｓｃｈｅｍｅｓｆｏｒｇｏａｆ，ｔｈｅｓｃｈｅｍｅｏｆｃｏｍｂｉｎｅｄｓｕｐｐｏｒｔｏｆａｎｃｈｏｒｃａｂｌｅａｎｄＷｓｔｅｅｌｂａｎｄｆｏｒｇｏａｆｒｏａｄｗａｙｉｓｐｕｔｆｏｒｗａｒｄ．
Keywords:ｇｏａｆ，ｂｒｏｋｅｎｒｏｏｆ；ａｎｃｈｏｒｃａｂｌｅ；Ｗｓｔｅｅｌ；ｃｏｍｂｉｎｅｄｓｕｐｐｏｒｔ
１采区煤层顶底板情况
临汾某矿可采１０号煤层井田内无伪顶，其直
接顶以石灰岩为主，局部为泥岩，厚度平均在７．５６ｍ
左右；层位较稳定，厚度一般变化不大。

１０号煤层底板以泥岩为主，厚度在２．８０ｍ左
右，层位、厚度基本稳定，岩性变化不大，均属泥质岩类。

１０号煤层直接顶板为石灰岩，厚度７．５６ｍ左右，底板为泥岩。

顶板（石灰岩）抗压强度为７２．２～８６．５ＭＰａ，抗拉强度为４．４～５．６ＭＰａ，抗剪强度内摩擦角４３°４０′～４３°５４′，凝聚力系数１４．７～１６．２；属坚硬岩石，稳固性好。

底板（泥岩）抗压强度为２９．２～３１．７ＭＰａ，抗拉强度为１．１～１．２ＭＰａ，抗剪强度内摩擦角３１°１２′～３２°３４′，凝聚力系数４．０～４．１，属软弱－中硬岩石。

２采区巷道遇采空区位置及开拓掘进情况
该矿采区开拓队在采区回风巷开拓掘进至１３６４ｍ正前方揭露大面积的采空区，矿方通过巷探探明了前方采空区情况，采区回风巷巷道方位与采空区交叉，胶带巷全部位于采空区内。

采区回风巷的开拓队伍已掘进采空区迎头位置，且临时支护到位，采空区呈不规则形状，面积约２３３２ｍ２，采区巷道标高位于＋１２４０ｍ左右，煤层厚度约在２．５０ｍ。

采空区内无有毒、有害气体及采空积水，采空区内有顶板冒落情况，部分冒落约２ｍ。

见图１采空区与采区巷道位置关系。

图１采区巷道采空区位置示意图
３巷道支护方式的选择
根据矿方探明的采空区情况，二采区胶带大巷完全位于空区内，回风大巷一侧有实体煤壁，冒落区右侧距实体煤１０ｍ，长度３０ｍ，高度６．２ｍ；轨道大巷则少许采空区现象。

依据上述情况，部分巷道完全处于采空区内，如采用传统的锚杆、锚索或架棚、喷射混凝土等方式，完全不能解决过采空区的问题，因此需要采用综合支护方式，根据采空区实际情况提出以下三种支护方式。

３．１方案一：钢筋混凝土＋工字钢联合支护方式由于采区胶带巷与回风巷处于采空区范围内，考虑到新鲜风通过采空区时，会将采空区的有害气体带入工作面，因此需要构筑实体墙来解决巷道通风及漏风问题。

设计时通过采空区范围情况来确定支护方案，胶带巷完全处于采空区，过顶板冒落区时，顶板支护采用２０＃Ａ工字钢，两帮墙体采用钢筋混凝土；回风巷有一侧墙壁处于实体煤壁中，因此只需要在一侧构筑钢筋混凝土墙，如另一侧也采用钢筋混凝土，需要扩充６００ｍｍ，这样就破坏了巷道整体的
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DOI:10.13606/ki.37-1205/td.2019.02.001
抗压性，所以设计在实体煤壁一侧采用正常的锚网喷支护方式，如下断面２所示。

轨道巷、胶带巷与胶带巷之间各增加一排木垛来加强支护。

如图３所示。

１）墙体钢筋混凝土支护参数。

巷道两帮的墙体采用Ｃ３０混凝土，配φ１６ｍｍ（构筑筋）、φ８ｍｍ（连接筋）钢筋，墙体混凝土厚度为６００ｍｍ，基础５００ｍｍ，基础两帮外扩３００ｍｍ。

２）顶板支护方式。

过冒顶区时，顶板采用矿用工字钢，工字钢采用２０＃Ａ，排距为１０００ｍｍ。

３）超前支护。

采区巷道在接近采空区范围时，应超前１０ｍ加强支护，以便平稳过渡。

顶板超前支护采用２０＃Ａ工字钢。

墙壁两帮采用正常的锚网喷支护方式。

图２钢筋混凝土筑墙、顶板采用工字钢支护
图３巷道间采空区采用一排木垛加强支护３．２方案二：料石砌碹＋锚索、Ｗ钢带联合支护方式采区胶带巷、回风巷墙体采用料石砌碹（１０００ｍｍ）构筑解决墙体漏风问题。

遇到顶板未出现冒顶情况时，巷道顶板可采用锚索和Ｗ钢带联合支护的方式，通过布置锚索与Ｗ钢带组合，结合巷道顶板可形成一个完整的承载结构体。

如下断面４所示。

轨道巷、胶带巷、胶带巷之间各增加三排木垛来加强支护。

如图５所示。

根据采空区情况，回风巷道所处位置有区段有顶板冒落情况，如果采用Ｗ钢带，顶板无法支护。

鉴于此情况，冒落带上部采用锚索＋锚杆＋１２＃工字钢联合支护方式，由于顶板冒落超过巷道设计高度，可做伪顶板喷射混凝土防止漏风问题。

１）墙体支护参数。

巷道两帮的墙体采用料石筑墙，墙体料石厚度为１３００ｍｍ，基础５００ｍｍ，基础两帮外扩２００ｍｍ。

２）顶板支护方式。

过冒顶区时，顶板采用锚网喷＋锚索＋Ｗ钢带联合支护方式。

所采用锚杆、锚网参数：巷道顶板采用的锚杆：ф２２×２０００ｍｍ树脂锚杆，每眼使用两根超快锚固剂药卷，锚杆锚固力达到１５０ｋＮ，锚杆间排距根据所使用的锚网片规格可调整为８００×８００ｍｍ。

托板：采用拱型高强度托盘，托板规格为１５０×１５０×８ｍｍ，配套减摩垫片。

锚索：巷道顶板使用ф１７．８×８３００ｍｍ锚索，每眼使用两根超快锚固剂药卷，铺固长度不少于１．５ｍ，锚索预应力不低于７０ｋＮ。

锚索的间排距根据所处的围岩情况暂时调整为２０００ｍｍ×２０００ｍｍ。

Ｗ钢带：采用ＷＤ－２７５钢带，厚度为３ｍｍ，宽度２７５ｍｍ，长度根据所处巷道所需要的宽度现场制作，冷弯加工成Ｗ型钢带，在钢带中加工锚杆、锚索间距相对应的孔。

顶板金属网：采用钢筋网，钢筋网直径为６ｍｍ，网孔尺寸为５０×５０ｍｍ，网片规格为１０００×１０００ｍｍ，搭接宽度根据锚杆的间排距两边各压覆１００ｍｍ，全巷道敷设。

３）超前支护。

采区巷道在接近采空区范围时，应超前１５ｍ采用与采空区巷道相同的支护方式以加强支护，使采空区前１５ｍ巷道与采空区巷道支护形成一个整体，完成采空区巷道支护的平稳过渡。

图４料石砌碹筑墙，顶板采用锚杆＋锚索＋Ｗ钢带联合支护
图５巷道间采空区采用三排木垛加强支护３．３方案三：三条大巷下穿采空区
将二采区胶带巷和回风巷布置在采空区以下１８ｍ的岩巷中，二采区轨道巷位于采空区范围以外，巷道正常布置。

１）采区胶带巷。

二采区胶带巷掘进至距离采空区１０８ｍ时，向下１０°坡度掘进，为保证胶带巷装备
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的带式输送机不发生飘带事故，胶带巷曲率半径确定为１５０ｍ。

下坡掘进约１０４ｍ后，胶带巷的底板距离上部的采空区底板达到１８ｍ，然后平行掘进８８ｍ，再向上１０°坡度掘进１０４ｍ后平行掘进。

胶带巷断面为原设计的矩形断面，支护方式不变。

２）采区回风巷二采区回风巷不装备任何的设备，只需满足行人和通风要求即可。

因此坡度可维持在１２°，亦便于井下施工。

３）采区轨道巷。

根据探明的采空区范围及情况，二采区轨道巷位于采空区范围以外，因此轨道巷无需下穿来避过采空区，正常掘进即可。

遇到有局部空巷，可采用毛石砌碹，混凝土喷射防止漏风。

巷道下穿布置及断面见图６、图７。

图６采区胶带巷下穿采空巷道布置
图７采区胶带巷下穿采空区巷道断面及支护形式
４过采空区施工时的注意事项
４．１通风、瓦斯及检测管理
１）风筒出口必须紧跟巷道掘进迎头，且吊挂平直，不得漏风；
２）每班瓦斯检测员必须坚守岗位，维护通风设施，随时检查巷道迎头的额瓦斯浓度，如出现瓦斯异常或超限，必须立即停止一切工作，撤出人员；
３）如出现瓦斯大量涌出，且暂时无法排出，必须将所有作业人员撤到安全地点，并采取措施进行处理，待瓦斯降到安全浓度以下时，经矿方总工程师批准后，方可进入工作面。

４．２顶板管理
１）必须严格执行敲帮问顶制度，掘进施工过程中，必须认真清理顶帮浮矸活石。

敲帮问顶时，人员应站在支护措施的安全地点，使用长柄工具进行。

２）严禁空顶作业，由于本矿采区巷道要过采空区，在遇到顶板有破碎的情况时，巷道迎头必须采用前探梁配合大板作为巷道的临时支护措施，并且前探梁伸出的长度不得超过１ｍ，作业人员必须在前探梁掩护范围内作业和施工。

３）严格执行顶板观察制度，每班作业前，必须指派专业人员观测顶板情况，如发现顶板异常，必须立即将作业人员撤到安全地点，待隐患排除后，方准再次进入。

４．３其他
１）采区巷道在掘进施工和支护过程中，必须严格执行边探边掘的制度，及时的掌握巷道迎头情况，防止发生安全事故。

２）作业人员必须随身携带自救器。

３）在巷道采空区作业时，必须超前１００ｍ超前探放钻孔，进一步探清巷道所处采空区的详细参数和情况，必须在确认无安全隐患的情况下方能施工。

５结论
通过以上三个方案的经济对比、施工周期及现场实际施工难度等情况的分析，确定大巷过采空区及顶板破碎带时，采用料石砌碹＋锚杆、锚索、Ｗ钢带联合支护方式，施工工艺相对比较简单。

前期采用锚杆支护作为永久支护的临时措施，相应的加快的巷道的成巷速度；后期支护增设锚索、网和Ｗ钢带，能及时解决局部采空引起的顶板冒落情况；巷道两帮选用价格相对适宜的料石砌碹做假墙，一是能解决矿方的生产成本，二是更好的解决了采空区巷道漏风问题。

因此过采空区巷道采用料石砌碹＋锚杆、锚索、Ｗ钢带联合支护方式能够作为矿方在生产中的又一安全、有效的支护体系。

参考文献：
［１］李冲，曹悦，程争民，徐金海，陈梁．大跨度巷道顶板垮留规律与减跨支护技术研究［Ｊ］，采矿与安全工程学报，２０１５．３２（６）；９７８－９８３，９８８．
［２］太原理工大学，巷道过采空区支护设计研究及应用，中国煤炭工业科学技术，２０１４．３：６６￣６７；
［３］曾明胜，深部综放工作面巷道强力超前支护系统设计［Ｊ］，煤炭科学技术，２０１５（０６）：２６￣２９．
［４］康红普，吴拥政，何杰，等．深部冲击地压巷道锚杆支护作用研究与实践［Ｊ］．煤炭学报，２０１５，４０（１０）：２２２５－２２３３．
作者简介：
李勇（１９８４．０５）男，山西洪洞人，副总工程师，２００７年毕业于中国矿业大学采矿工程专业。

（收稿日期：２０１８－１１－４）
煤矿现代化２０１９年第２期总第１４９
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