摘 要：本文主要以黃陵礦業(yè)有限公司一號煤礦四盤區(qū)開拓巷道為工程實例，介紹了一種煤礦用開拓巷道穿越采空區(qū)支護(hù)技術(shù)。根據(jù)四盤區(qū)探明的小煤窯采空區(qū)工程地質(zhì)條件，研究設(shè)計了開拓巷道穿越采空區(qū)支護(hù)技術(shù)方案，實現(xiàn)了四盤區(qū)開拓巷道穿越采空區(qū)時的安全、高效施工。通過實踐證實了此支護(hù)技術(shù)的可行性，可為類似條件下開拓巷道掘進(jìn)施工借鑒。

　　關(guān)鍵詞：開拓巷道;采空區(qū);三維地震勘探成果;支護(hù)技術(shù)

　　0引 言

　　陜西陜煤黃陵礦業(yè)有限公司一號煤礦位于陜西省黃陵縣城西北約25km處，礦井核定生產(chǎn)能力為600萬t/a，主采煤層為2#煤，2#煤屬中厚煤層。礦井四盤區(qū)2#煤層附存平均厚度為1.8m，盤區(qū)內(nèi)布置的開拓巷道位于井田東南部，設(shè)計為兩條直墻半圓拱形巷道，分別為四盤區(qū)回風(fēng)巷、四盤區(qū)運輸巷，其中四盤區(qū)回風(fēng)巷設(shè)計凈寬5000mm，設(shè)計凈高4300mm，設(shè)計直墻高1800mm，四盤區(qū)運輸巷設(shè)計凈寬3800mm，設(shè)計凈高3300mm，設(shè)計直墻高1400mm，兩條大巷之間留設(shè)保護(hù)煤柱30m，均與礦井井田邊界平行，其中四盤區(qū)運輸巷與井田邊界之間留設(shè)保護(hù)煤柱256m，形成后用于四盤區(qū)煤炭資源開采。

　　礦井論文投稿刊物：《煤炭與化工》是河北省化學(xué)工業(yè)研究院主管、河北煤炭科學(xué)研究院主辦、《煤炭與化工》雜志社編輯出版、全面報道國家有關(guān)煤炭及化工產(chǎn)業(yè)新的方針、政策以及新的工藝、技術(shù)裝備為一體的綜合性技術(shù)期刊。

　　根據(jù)四盤區(qū)三維地震勘探成果資料顯示，礦井井田東南部煤炭資源已經(jīng)受周邊小煤窯破壞，且小煤窯因采煤方法不正規(guī)，多采用巷采或以掘帶采，形成的采空區(qū)給四盤區(qū)開拓巷道掘進(jìn)施工帶來了嚴(yán)重威脅。因此，在四盤區(qū)開拓巷道穿越小煤窯采空區(qū)前，必須根據(jù)采空區(qū)工程地質(zhì)條件，研究設(shè)計一種可行的穿越采空區(qū)支護(hù)技術(shù)，保證四盤區(qū)開拓巷道穿越采空區(qū)時的安全高效施工。

　　1工程概況

　　陜西陜煤黃陵礦業(yè)有限公司委托陜西省煤田地質(zhì)局物探測量隊對四盤區(qū)異常區(qū)進(jìn)行了三維地質(zhì)勘探。根據(jù)三維地震勘探成果分析，四盤區(qū)回風(fēng)巷將于3193m、運輸巷將于3281m揭露小煤窯采空區(qū)，預(yù)計四盤區(qū)回風(fēng)巷穿越采空區(qū)長度85m，預(yù)計四盤區(qū)運輸巷穿越采空區(qū)長度550m。

　　2017年4月～2017年6月四盤區(qū)開拓巷道掘進(jìn)工程按照專項安全技術(shù)措施安全順利地揭露了小煤窯采空區(qū)。根據(jù)揭露現(xiàn)場觀測，所揭露的采空區(qū)冒落巖塊已壓實，主要為片狀泥質(zhì)砂巖，大小基本不超過1200×500mm。

　　根據(jù)陜西省煤田地質(zhì)局物探測量隊解析的三維地震勘探成果以及四盤區(qū)開拓巷道揭露采空區(qū)現(xiàn)狀分析，小煤窯開采形成的2#煤采空區(qū)范圍相對較大，因此，要探明采空區(qū)實際冒落情況難度較大。鑒此，在研究設(shè)計支護(hù)方案之前須對可能遇到的工程地質(zhì)條件進(jìn)行分析，并針對不同的采空區(qū)工程地質(zhì)條件研究設(shè)計相對應(yīng)的支護(hù)方案，保證四盤區(qū)開拓巷道掘進(jìn)工程施工安全。

　　2開拓巷道穿越采空區(qū)支護(hù)方案設(shè)計

　　2.1 采空區(qū)工程地質(zhì)條件分析

　　根據(jù)四盤區(qū)2#煤層附存厚度、頂板圍巖、水及瓦斯等情況，對可能遇到的采空區(qū)地質(zhì)條件分析如下：

　　1.根據(jù)小煤窯開采特點，采空區(qū)中可能存在有布置連續(xù)老巷形成的煤柱。

　　2.可能存在垮落形成的穩(wěn)定采空區(qū)(即在掘進(jìn)出矸作業(yè)時，頂板不再冒落)。

　　3.可能存在垮落形成的不穩(wěn)定采空區(qū)(即在掘進(jìn)出矸作業(yè)時，頂板繼續(xù)冒落，且冒落巖石較碎)。

　　2.2 開拓巷道穿越采空區(qū)支護(hù)方案設(shè)計

　　根據(jù)四盤區(qū)開拓巷道穿越采空區(qū)可能遇到的采空區(qū)工程地質(zhì)條件分析，結(jié)合鋼筋混凝土碹支護(hù)技術(shù)在不穩(wěn)定地層的應(yīng)用經(jīng)驗，對四盤區(qū)開拓巷道穿越采空區(qū)設(shè)計以下三種支護(hù)方案。

　　1.鋼筋混凝土連續(xù)墻支護(hù)技術(shù)

　　根據(jù)小煤窯開采特點，采空區(qū)中可能存在有布置連續(xù)老巷形成的煤柱，該區(qū)域頂板整體性和穩(wěn)定性較好、且煤柱延續(xù)長度不小于10m時，采用錨網(wǎng)索噴對所掘巷道頂板進(jìn)行支護(hù)、采用錨網(wǎng)索+11#工字鋼點柱方式加強(qiáng)老巷支護(hù)，然后澆筑鋼筋混凝土連續(xù)墻形成巷幫，實現(xiàn)開拓巷道穿越采空區(qū)中連續(xù)煤柱穩(wěn)定區(qū)。

　　2.管棚鋼筋混凝土碹聯(lián)合支護(hù)技術(shù)

　　當(dāng)開拓巷道穿越穩(wěn)定采空區(qū)時，支設(shè)“超前管棚+金屬網(wǎng)+U型鋼棚+噴砼”形成臨時支護(hù)(一次支護(hù))，利用一次支護(hù)形成的外模澆筑鋼筋混凝土碹隔離采空區(qū)形成巷道，實現(xiàn)開拓巷道穿越穩(wěn)定采空區(qū)。

　　3.管棚鋼筋混凝土碹注聯(lián)合支護(hù)技術(shù)

　　當(dāng)開拓巷道穿越不穩(wěn)定采空區(qū)時，先架設(shè)超前注漿管棚對冒落區(qū)圍巖進(jìn)行加固，再支設(shè)“金屬網(wǎng)+U型鋼棚+噴砼”與超前注漿管棚形成臨時支護(hù)(一次支護(hù))，然后利用一次支護(hù)形成的外模澆筑鋼筋混凝土碹隔離采空區(qū)形成巷道，實現(xiàn)開拓巷道穿越不穩(wěn)定采空區(qū)。

　　3.開拓巷道穿越采空區(qū)支護(hù)參數(shù)設(shè)計及校核

　　本文研究設(shè)計的開拓巷道穿越采空區(qū)關(guān)鍵支護(hù)技術(shù)為管棚鋼筋混凝土碹聯(lián)合支護(hù)，下文將以四盤區(qū)回風(fēng)巷為例，重點敘述管棚鋼筋混凝土碹聯(lián)合支護(hù)參數(shù)選擇及工藝。

　　3.1 管棚鋼筋混凝土碹支護(hù)參數(shù)設(shè)計

　　根據(jù)上文分析，四盤區(qū)運輸巷采用管棚鋼筋混凝土碹聯(lián)合支護(hù)穿越采空區(qū)，巷道全斷面安裝管棚，規(guī)格為φ50×6mm，環(huán)向布置，間距300mm,外插角3°～5°，單管長度L=3600mm，搭接長度1800mm;全斷面掛雙層φ6金屬網(wǎng)，網(wǎng)孔50×50mm;架設(shè)U25鋼棚，排距600mm，棚與棚之間采用5根拉桿連接;全斷面噴C20砼，厚度110mm;鋼筋混凝土碹主副筋均為φ18螺紋鋼，結(jié)構(gòu)筋為φ8圓鋼，間排距均為300mm，搭接長度35d，混凝土強(qiáng)度為C30，厚度400mm，基礎(chǔ)深度400mm，混凝土中須添加BR-3型防水劑，加入量為水泥量的10%。

　　4.鋼筋混凝土碹支護(hù)參數(shù)校核

　　C30鋼筋混凝土條件下，綜合考慮巷道斷面尺寸、采空區(qū)冒落圍巖穩(wěn)定狀態(tài)、臨時支護(hù)參數(shù)、支護(hù)結(jié)構(gòu)等情況，查采礦工程設(shè)計手冊，選定碹體厚度為400mm，可知碹體容許抗壓應(yīng)力安全值為16.5MPa。

　　4開拓巷道穿越采空區(qū)支護(hù)工藝

　　工藝流程：全斷面安裝超前管棚→全斷面掛φ6金屬網(wǎng)→支設(shè)U型鋼棚→全段面噴砼→澆筑鋼筋混凝土碹。

　　技術(shù)關(guān)鍵：一是安裝超前管棚并支設(shè)“金屬網(wǎng)+U型鋼棚+噴砼”形成臨時支護(hù)，保證作業(yè)安全、為砌碹創(chuàng)造作業(yè)空間及外模，二是綁扎鋼筋、澆筑混凝土碹體，保證掘進(jìn)與砌碹平行作業(yè)。

　　5應(yīng)用效果

　　四盤區(qū)開拓巷道采用本文設(shè)計的管棚鋼筋混凝土碹支護(hù)技術(shù)及專項安全技術(shù)措施安全順利地穿越小煤窯采空區(qū)，實際穿越總長535m，其中四盤區(qū)回風(fēng)巷實際穿越總長51m，四盤區(qū)運輸巷實際穿越總長484m。

　　黃陵礦業(yè)一號煤礦四盤區(qū)開拓巷道穿越采空區(qū)所采用的管棚鋼筋混凝土碹支護(hù)技術(shù)一是采用超前管棚支護(hù)提高了掘進(jìn)作業(yè)安全系數(shù)、減少了掘進(jìn)工程量;二是采用U型鋼棚支護(hù)，解決了鋼筋混凝土碹永久支護(hù)與掘進(jìn)施工平行作業(yè)的問題;三是鋼筋混凝土碹永久支護(hù)與一次支護(hù)共同承載采空區(qū)二次穩(wěn)定過程中礦壓重新分布所產(chǎn)生的載荷，支護(hù)結(jié)構(gòu)合理可靠。該技術(shù)的應(yīng)用為四盤區(qū)開拓巷道安全高效穿越采空區(qū)奠定了基礎(chǔ)，可為類似條件下開拓巷道掘進(jìn)施工借鑒。

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　　作者：姜明 梁林 李亞斌 趙群