浅谈煤矿孤岛工作面巷道掘进支护存在的问题和改进方案

[摘 要]浅谈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仍出现的失效、变形进行分析，提出改进性支护方案，在孤岛的施工中取得良好效果，此方案可为其他矿井借鉴。

[关键词]孤岛工作面 巷道掘进 变形分析 改进方案

中图分类号：TD353 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）31-0173-01

一、工程概况

Ⅱ3512中掘进工作面位于五采区下部，上为Ⅱ3512、Ⅱ3511、Ⅱ3510工作面采空区，左为Ⅱ3113采空区，下为Ⅱ319，Ⅱ312N工作面采空区，右为Ⅱ359、Ⅱ359N工作面采空区。煤层赋存基本稳定：煤厚1.3～3.6米，平均厚3.1米，局部含一层夹矸，厚0.2～0.8米，平均0.4米。煤层倾角7～15°，平均10°。（表1）

二、问题的提出

为了避免生产和接续工作面之间的干扰，同时也是出于防治煤层自燃和瓦斯的需要，采区内工作面之间有时被迫采用跳采接续方式，不可避免地在采区内形成至少一个沿工作面走向两侧均为采空区的工作面或工作面三边，四周均为采空区的工作面，这样的工作面为孤岛工作面。

对于我们淮北矿业集团公司下属的已经破产的老矿来说更是如此。我们石台煤矿也是破产矿井，为了延长服务年限，提高煤炭回收率，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，从而使工作面形成孤岛。我们掘进单位施工的Ⅱ3512中掘进工作面就是目前这种情况。孤岛工作面就成为了周围卸压区，并且工作面要穿过几个底区巷道，顶板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。

Ⅱ3512中掘进工作面在掘进过程中，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法，为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，只有采用切实可行的支护技术，这才是我要研究的课题和方向。

三，巷道变形状况

我区施工的Ⅱ3512中掘进工作面，在巷道掘进过后明显出现顶板弯曲下沉、底板鼓起，两帮鼓帮和开裂等现象。随着掘进工作面的推进，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，底鼓造成巷道内链板机和轨道出现明显阴阳，不能正常使用。巷道高度明显降低。冲击地压使工字钢棚腿向巷道中间弯曲，致使焊接的棚腿从焊接处断裂。冲击地压使工字钢棚棚梁出现水平弯曲，出现上下方向弯曲，出现挤掉梁牙颏，变形严重，不能及时采取有效措施就会出现垮棚，冒顶，埋人事故。巷道有效使用断面难以得到保障。

四、孤岛工作形面变形的原因

孤岛采区的巷道，经过不断查阅资料可知，造成巷道破坏的主要原因总结如下几个方面：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。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，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。

五、巷道支护改进措施

根据查询有关资料和现场实际探索，在确保掘进完成后，巷道断面，支护完好情况能保证正常交面，装面回采，我们对常用的支护技术施工方案进行了改进，主要通过以下采取的措施来保证：①Ⅱ3512中掘进工作面继续使用工字钢棚，腿x梁x腿=2800mmx3600mmx2800mm，由单工字钢棚改为工字钢对子棚。②为了减缓由侧压造成棚腿挤出的速度和现象，首先支架腰扎由原来的3800mm放宽为不低于3900mm，其次采用卸压措施即巷帮腰帮只腰到梁子下1.2米处，若用塘柴，笆片腰帮，梁下1.2处要在棚腿处打两个木撅子托住腰帮的塘柴，笆片（水泥背板也一样），1.2米以下不在腰帮，侧压造成的鼓帮及时用工具松帮，以进一步增大支架的抗侧压强度。及时清理。③防止工字钢棚棚腿钻底，必要时棚腿要穿鞋，以增大工字钢棚腿与煤层底板的接触面积，减少其压强，延缓工字钢棚腿的下沉。④巷道顶压较大时为了阻止梁子横向和纵向的变形，必须在工字钢顶梁下架设中柱为了防止中柱的变形和错动，最好使用上部焊短槽钢的工字钢腿子做为中柱。当冲击地压严重时，使用中柱不能满足安全时必须配合使用双挑棚复合管理工字钢棚，再次是阻止梁子的横向变形，在梁与梁之间用不少于三根粗塘柴做梁与梁的撑子。以增强支架的稳定性。（说明：双挑棚可以用直径不小于180mm的圆木也可以用工字钢梁，腿架设但工字钢棚腿必须上部焊短槽钢）。⑤支架棚距适当缩小，由原来的600mm缩小为500mm

六、结束语

采用传统的工字钢棚支护方式，支架承载能力小，支架刚性变形和可缩性也小，不适合用于应力集中区段的巷道支护，通过改进工字钢支护方式以后，就有效提高了工字钢棚的抗冲击地压能力，并对巷道顶板进行有效补强，两帮进行有效卸压，就能保证巷道工程的质量及施工中的安全性，大大减少了巷道的维修工作量，支护有效得以显著提高。

参考文献

[1] 韩柏青等，孤岛工作面沿空掘进综合技术探讨[J].煤矿安全，2010，（05）.

[2] 刘红岗、徐金海、煤巷钻孔卸压机理的数值模拟与应用[J]煤炭科技，No.4，2003.