冀中能源股份有限公司邯郸云驾岭矿 河北省邯郸市 056300
摘要：随着矿产的大量开采，矿井井下空间形成了不同的采空区形式。在巷道掘进过程中，采空区容易暴露，巷道开挖容易塌陷，巷道掘进后围岩难以控制，巷道围岩有较大的变形风险，影响安全生产。因此，掘进巷道围岩控制问题已成为此类矿山面临的一个普遍问题。
关键词：二次掘进；巷道围岩；控制
前言
矿井在进行煤炭回采时，由于回采的不断进行，赋存状态好的资源变得越来越少，对矿井进行二次开采，可以缓解采掘关系，增加服务年限。但是在采空区中进行巷道掘进，顶板极其破碎，容易出现垮落，这是施工过程中的主要问题所在。
1复采掘进方法
1.1复采掘进原则
在复采巷道的掘进过程中，应该加强对顶板的控制工作，掘进巷道的施工原则为“小扰动、短进尺、弱爆破”，用风镐完成辅助工作。当掘进巷道的顶板破碎严重时，选择“栽腿背帮、超前护顶、钻孔爆破”进行巷道施工。在201皮带运输巷道的掘进过程中，发明了适合采空区复采的超前支护装置，降低了爆破法对巷道顶板完整性的影响。
1.2旧采区二次掘进巷道穿越空巷时，影响顶板支护效果的因素由大到小依次是锚杆强度、锚杆间距、锚杆长度。支护方案选用锚杆强度600MPa，锚杆长度2.0m，锚杆间距600mm的支护方案组合最为合理，对顶板控制效果较好。
1.3旧采区二次掘进巷道穿越空区时，影响顶板支护效果的因素由大到小依次是锚杆强度、锚杆长度、锚杆间距。旧采区二次掘进巷道穿越空区时，支护方案选用锚杆强度500MPa，锚杆长度2.0m，锚杆间距800mm的支护方案组合最为合理，对顶板控制效果较好。
2.3复采巷道施工工艺
首先使用风动锚杆钻机打钢纤眼，在施工过程中，控制钻杆沿着水平的方向依次穿过钢棚，在棚梁的中部位置上钻出圆孔，向掘进工作面钻6个钢钎眼（可根据所处位置巷道顶板的完整性进行相应调整，但至少要保证6个），其深度控制在1.6m～2.0m。前探钢钎的尾部应该通过事先钻好的圆孔，挂在棚梁上，头部进入掘进巷道的长度应该大于每次爆破工作面的推进长度，这样降低爆破对顶板造成的影响，有利于顶板的稳定。每次进行爆破后，掘进工作面向前推进的距离为0.8m，当爆破任务完成后，要对现场进行安全检查，等确定现场没有危险之后，再将前探钢钎抽出，并且及时对顶板进行支护，同时清除松动的岩石。该矿井复采201工作面的皮带运输掘进工作面的煤壁稳定性较差，容易产生片帮、顶板现象，影响掘进效果。为避免出现类似事故，在掘进前先铺设联顶网，再使用单体液压支柱以及长木将联顶网顶起，为了保证顶联网可以很好地封住巷道的顶板、包裹住工作面上方的煤壁，应该使单体液压支柱戗向掘进工作面的推进方向。之后推移前探梁，使前探梁的端部距离上次爆破形成新掘进工作面的0.15m～0.3m，然后在前探梁上放一根钻有圆孔的棚梁，此时再把离掘进面近的带有圆孔的棚梁替换为普通棚梁，实现了带孔棚梁的重复利用。在进行这项作业的过程中，应多次进行敲帮问顶，并且根据实际情况，及时清除掉可能是危险性的岩石。利用刮板输送机将垮落的矸石和煤体运到地表，之后安装钢棚，钢棚之间的距离为0.8m，当钢棚安装完成之后，变形成了复采巷道的永久支护。复采巷道的掘进以及钢棚的支护操作顺序为：准备相关设备及材料；排除工作面隐患：爆破前对迎头的支架进行加固，爆破后从外向里对支架检修；推移前探梁；延长中腰线到架棚的位置；开挖棚腿窝；设立棚腿；对装置加固；检查支护质量，打扫现场。
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2围岩的变形
2.1高应力大变形破裂
在埋深大、地质复杂的构造区域，地应力和构造应力的增加使得围岩时刻处于高应力状态，聚集了巨大的能量，开挖巷道会破坏原有应力场，改变围岩的应力状态，使得围岩的强度和稳定性严重降低。巷道内部的某些应力及位移的长时间巨大变化将会形成一种释放效应，造成围岩大变形破坏和冲击严重，不利于巷道的正常使用及安全生产。
2.2底鼓型巷道失稳
对回采巷道底板不重视、对底角的加固不到位，在巷道顶板压力传递到底板岩层时，将会产生严重的应力集中，形成围岩剪切滑移，促进底板塑性区的扩大，加剧围岩的破裂松动；在底板出现严重的巨大变形时，易导致巷道失稳。巷道底板作为释放能量的主要通道，会形成严重的底鼓，一旦巷道丧失承载力，将会导致顶板下沉。
2.3采动巷道的变形
采动过程即为岩体的卸荷扰动过程。长期的采动造成岩体反复多次的卸荷扰动，由卸荷扰动形成的扰动应力场与原岩地应力场相耦合造成围岩的应力重新分布，也就是在各个工作面区域附近造成应力集中现象，使得巷道支护相对薄弱的位置率先发生较大变形甚至失稳破坏。随着开采的不断推进，扰动应力场不断地交替影响，造成围岩产生较大的变形，围岩松动圈半径增大，巷道浅层围岩容易发生破坏失稳现象。通过对巷道回采过程的应力分布数值模拟结果分析可以判断，巷道的围岩应力场受分布于底板中的超前支承压力的影响较大，直接诱使底板产生显著变形。该巷道左右两帮的环向应力变化相对于顶底板环向应力变化更为显著，预示着巷道左右两帮先发生变形失稳的可能性比顶底板更大。这主要是因为巷道底板的水平及垂直应力增量在底板围岩中的传递不同步所造成的。工作面若不断推进，则巷道左右两帮的破坏也将更加剧烈，延伸至巷道的左帮顶角与右帮底角，进而诱发巷道顶底板失稳破坏。
3控制措施
3.1关键控制要点
保证围岩的整体性，提升围岩的承载力。开挖前，巷道在高应力持续作用下，会处于半塑性或塑性情况；开挖后，会出现松动、破裂，要用锚网、锚索、注浆等支护方式来加固岩体，提高其强度和承载力，减少其变形量，提高稳定性。对围岩环境进行不断地改进，减少围岩应力集中程度。制定合适的加固措施进行支护，使围岩在应力作用下，逐渐由双向转向三向应力状态，全面地释放能量。加快支护措施的实施，抓住对一次和二次支护方式的改进。一次支护指对围岩进行适当的让压，二次支护指对一次支护后松动区的岩体加固。二次支护对保证一次支护措施的效果将是十分重要的，主要靠监测、控制围岩的变形来实施。
3.2高应力软岩巷道的“预应力锚索+锚喷网+
注浆”综合支护麻家梁煤矿新开运输斜井长1600m，是改扩建控制性工程。该斜井需横穿多个差异较大的地质地段，包括岩体较为松散的5煤层、6煤层采空区。斜井在掘进到该采空区时发生冒落的可能性较大，若在此处不采取合理的支护措施，很容易诱使主斜井筒失稳破坏。对矿地质条件进行分析后，鉴于巷道破坏情况，在对巷道进行翻修后，采取了“预应力锚索+锚喷网+注浆”的综合支护措施。试验段巷道围岩监测结果，底板之间的位移量相差122mm，位移移动速率为小于1mm／d。表明采取锚杆、喷浆、锚索、注浆等加固措施可限制变形，尤其是底板连体锚索和注浆技术，控制变形效果好。
3.3大断面斜井穿越采空区松散岩体支护
根据巷道围岩地质条件以及监测情况，结合理论、实际及数值模拟，提出采空区中的主要防护手段：
支护材料选取U36型钢支架，节点问是通过刚性连接。采取底拱连锁梁设备，主要有连锁梁和反底拱，连锁梁平行布置，反底拱与连锁梁垂直搭接。混凝土厚度为350mm。注浆厚度为3m。u型钢刚性支架能产生较大的初期支护力，受力均匀、不出现应力集中现象，提高承载力，保证挖掘有序、顺利地进行，有利于实现围岩的整体稳定。
结束语
通过分析复杂巷道围岩存在的主要问题，提出保证围岩的完整、提高围岩承载力、改进围岩所处的环境，减少应力集中，把控好支护时机，采取柔性与刚性支护并用的加固围岩的措施。
参考文献：
[1]余伟健，王卫军，文国华，等.深井复合顶板煤巷变形机理及控制对策[J]岩土工程学报，2012，34.
[2]王卫军，袁越，余伟健，等.采动影响下底板暗斜井的破坏机理及其控制[J]煤炭学报，2014，39.
论文作者:连鹏凯
论文发表刊物:《防护工程》2018年第22期
论文发表时间:2018/11/27
标签：巷道论文; 围岩论文; 顶板论文; 应力论文; 底板论文; 工作面论文; 采空区论文; 《防护工程》2018年第22期论文;