浅析煤矿孤岛工作面的巷道掘进

摘要:浅析孤岛工作面形成的原因及影响，并对这种应力集中区，采用传统工字钢支架支护仍出现的失效、变形进行分析，提出改进性支护方案，从而达到了预期效果。

关键词:孤岛工作面;巷道掘进;变形分析;改进方案

一、引言

对于破产矿井来说，为延长服务年限，提高煤炭的回采率，减少煤炭资源的浪费，必须对先期遗留的边角煤、残采煤重新进行掘进回采。由于工作面周围煤层已回采结束，从而使工作面形成了孤岛。这样以来，就成为了周围卸压区，并且工作面顶板全部为上分层垮落后形成的再生顶板，绣结不好，围岩破碎易冒落、应力集中，给巷道支护带来很大难度，严重影响巷道的施工进度和施工安全。只有采用切实可行的支护技术，才可增加巷道支架的稳定性，减少掘进过程中的安全隐患，确保安全生产。

巷道在掘进施工中，由于受采动的影响，在邻近采空区侧向压力及工作面超前压力的叠加作用下，外侧煤柱整体性遭到破坏，承载能力降低，致使巷道变形量较大。针对这种情况，必须改进施工方法和支护方式，在不增加施工材料与成本的情况下，以应对应力比较集中的状态，保障巷道施工安全性和质量稳定性，并提高巷道服务时间。

二、巷道变形状况

我矿有的采区，在巷道掘进过后明显出现顶板弯曲下沉、底板鼓裂、两帮鼓帮和开裂等现象。随着掘进面不断推进，巷道压力显现逐步增强，巷道顶板岩石离层，掘进一个月以后，巷道出现较严重的底鼓现象，支架腿受侧压作用向巷道中间弯曲，顶底及两帮的移近量分别竟达到500mm和330mm以上，巷道的高度减小到1500mm，支架的完好率降低到45%左右，巷道有效使用断面难以得到保障。

三、巷道变形原因分析

对孤岛类采区的掘进巷道，经过综合分析可知，造成巷道破坏的主要原因有如下几个方面：①施工工艺的影响。通常采用钻眼爆破法，其爆炸波对围岩也具有一定的破坏作用，可直接破坏围岩的整体稳定性，降低围岩的强度。②应力的集中。由于附近煤层已开采，巷道处于阶段煤柱中，应力集中，其力量特别大，会造成棚腿钻底严重，巷道变形加快。巷道在下分层掘进时，由于受采动的影响，因基础破坏，在支承压力作用下，围岩发生再次或多次应力重新分布，而致使围岩变形及压力急剧增大。围岩变形压力是支护的主要荷载，一般使用工字钢支护难以适应这一变化，从而在较大的变形压力作用下很快就会被破坏。③支护结构、参数与围岩变形状态不相适应。选用工字钢支护的强度、刚度及可缩量在地应力大、地质条件复杂地段，与围岩变形特征不适应，也会使巷道产生失稳性破坏。④底板岩石遇水膨胀。工作面沿煤层底板掘进，当底板岩石为砂质泥岩时，遇水也会膨胀变软，很容易产生底鼓，从而造成巷道有很大的变形。

四、巷道支护改进措施

在综合考虑到巷道的服务年限、用途，并结合现场的情况，我们对原常用的支护技术施工方案进行了改进。其加强支架的稳定性主要通过以下采取的措施来保证：①巷道掘进继续使用2600mm×2600mm工字钢对棚。②为了减缓棚腿挤出速度，支架设计中宽值为3400mm，甚至中宽放到3500～3600mm，以进一步增大支架的抗侧压强度。③在工字钢棚腿下焊接上300mm×300mm×20mm(L×W×H)柱鞋，以增大工字钢棚腿与煤层底板的接触面积，减小其压强，延缓工字钢棚腿的下沉。④巷道顶较大时，在工字钢顶梁下架设中柱，以增强支架的稳定性。⑤支架\"中-中\"间距由600mm缩小为500mm。⑥采用爪锚杆支护帮部，锚杆规格为Φ30×1600mm，间排距为700mm×700mm，并采用\"五花眼\"布置。锚杆托板使用l00mm×100mm铁板，护板使用500mm×200mm×50mm(L×W×H)木板，固定在塑料网外。

五、巷道施工技术分析

在巷道施工过程中，为了保证施工的安全可靠，我们主要采取以下一些施工技术措施：①在巷道掘进过程中，遇到过裂隙、破碎带等复杂地段，为防止爆轰波对围岩的破坏，改用风镐或手镐掘进。②巷道侧压顶板都比较大时，人工用镐刨掉挤压帮顶的煤体，使煤帮与棚处于似接非接的状态。如顶板出现\"网兜\"现象，采取从下向上破网放矸石，同时采用铺设\"长木板\"来加强支护。③将巷道支架背板填严实，以提高支架对围岩的支护能力。④在巷道每掘一

棚时，及时架设一棚，尽可能的减少围岩暴露面积和缩短围岩暴露时间，减少围岩对支架的冲击。⑤当煤层顶板特别松软破碎时，可采用铺设\"长木板\"加强支护，以控制比较破碎的顶板。⑥若发现出水、淋水、积水等现象，要及时采取措施控制出水点，绝不能让水乱流，且存留时间不能过长。能排则排，能导则导，能疏则疏，切实保持巷道无积水。减少对煤层底板的侵泡，从而能防止底板围岩强度的降低及出现的底鼓。

总之，巷道掘进采取这些措施以后，再通过对巷道多个站点进行监测，结果明显表明巷道顶板下沉量、两帮移进量和底鼓量均有较大程度的减小。对某掘进巷道的具体观测数据如下：两帮收敛量为66～400mm，顶板下沉量为66～300mm，底鼓量为107～600mm，两帮最大收敛速率为12mm/5d，顶板最大下沉速率为18mm/5d，底鼓速率最大为33mm/5d。如此施工，切实保障了巷道断面满足生产的需要，并保障了安全生产，大大延长了巷道的使用寿命。

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