掘进巷道过小煤 窑采空区围岩支护技术

随着煤矿采深、范围的增大，掘进巷道穿越小煤窑采空区是必然的。小煤窑因缺乏规范设计与管理，采空区冒顶、积水、有害气体积聚，给后续巷道施工带来很大的安全隐患。掘进巷道穿越采空区时，围岩容易发生变形坍塌，严重影响了巷道施工的安全与进度。因此，对巷道穿越小煤窑采空区围岩的支护技术进行研究，具有较大的工程实用价值。

1 小煤窑采空区特点及对掘进巷道围岩稳定性的影响

1.1 小煤窑采空区特点

小煤窑开采技术相对落后，多为房柱开采，采空区形状不规则，煤柱大小不一，强度低，不利于安全生产。由于开采过程中缺少对顶板进行有效的管理，大部分采空区的顶板都处于破碎垮落的状态。小煤窑在开采过程中通风系统不健全，采空区可能会积聚一氧化碳等有害气体；同时，由于采动破坏了采空区的地下水系统，可能会产生积水 [1]。

1.2 对掘进巷道围岩稳定性的影响

小煤矿巷道在接近或进入采空区后，破坏了原有的应力平衡状态。采空区内应力再分配，形成应力集中区，使围岩应力增加。破碎顶板及不稳定煤柱对巷道围岩起不到有效支撑作用，易造成巷道围岩变形垮落。采空区中的水、气等可能会突然冒出，不仅威胁到施工人员的生命安全，而且还会改变围岩的物理力学特性，降低围岩强度。

2 围岩支护技术原理及设计方法

2.1 支护技术原理

小煤窑掘进巷道穿越采空区围岩的基本原理是在采空区外施加外支护结构，增强其自身承载力，防止其进一步变形破坏。通过锚杆、锚索等支护手段，将破碎围岩锚固在一起，形成具有一定强度与稳定性的组合梁（或组合拱）。同时，采用喷浆等方法对围岩表面进行封闭，防止其风化破碎，增强其整体性。

2.2 支护设计方法

2.2.1 地质条件分析

在进行支护设计前，需对巷道穿越采空区的地质情况有详细了解，包括煤层厚度、倾角、顶底板岩性、采空区分布面积、积水状况、有害气体含量等。通过地质勘查和地球物理勘探等方法，取得了精确的地质资料，为支护设计提供了依据。

2.2.2 支护参数计算

根据地质条件分析结果，结合有关支护理论及经验公式，对基坑支护参数进行了计算。锚杆长度可按围岩松动深度及组合拱理论计算，按锚杆锚固力及围岩稳定要求确定锚杆间距及间距；锚索长度应按锚索锚固深度及巷道跨径确定，按锚索承载力及控制围岩变形要求计算[2]

2.2.3 支护方案选择

根据工程地质条件、支护参数计算结果、施工技术及造价等因素，确定合理的支护方案。常用的支护方式有：锚杆 + 锚索 + 喷射混凝土组合支护，U 型钢支架 + 喷射混凝土组合支护，管棚支护 + 锚杆 + 锚索 + 喷射混凝土组合支护等。对于围岩破碎严重或地压较高的地段，可采用管棚支护+ 锚杆 + 锚索 + 喷射混凝土组合支护方案；对于围岩相对稳定、地压较小的区域，可采用锚杆 + 锚索 + 喷射混凝土组合支护。

3 围岩支护施工工艺

3.1 施工前准备

在施工前，必须对工程现场进行详细的地质勘察和物探，查明采空区的具体位置、范围及积水、有害气体等情况。制定了具体的施工安全技术措施，如通风、排水、有害气体探测和顶板管理等。准备施工所需要的材料、设备、工具，如锚杆、锚索、喷射混凝土设备，钻机等。

3.2 超前支护施工

当掘进巷道临近小煤窑采空区时，为了避免采空区顶板垮落对巷道施工造成影响，需对其进行超前支护。采用管棚法超前支护时，先在拱部设管棚孔，再在孔中插入钢管，灌注水泥浆或化学浆液，使钢管与围岩连成一体，实现超前支护。根据采空区的实际情况及巷道跨度，确定管棚的长度、直径及间距。

3.3 锚杆、锚索支护施工

按设计要求钻孔，在巷道围岩中钻孔，将锚杆、锚索放入孔中，安装锚固剂，托盘。锚杆及锚索的锚固角度、锚固深度应满足设计要求。施工过程中应注意对锚杆和锚索进行质量检查，保证其无破损和腐蚀。

3.4 喷射混凝土支护施工

锚杆和锚索支护完毕后，及时施喷混凝土支护。在喷射混凝土前，应先清除岩石表面的浮矸和尘土等杂质。然后按设计配比将水泥、砂石和掺合料混合后，用喷射机将其喷射至围岩表面。喷射混凝土厚度及强度应满足设计要求，施工时应严格控制喷射压力及喷角，保证混凝土与围岩紧密结合。

3.5 支护质量监测

在支护施工过程中，必须实时监控支护质量。通过对锚杆、锚索锚固力、喷射混凝土强度与厚度、巷道围岩变形量的监测，对支护过程中出现的问题进行监测，并采取相应的处理措施。常用的监测方法有拉拔试验、超声波检测、全站仪测量等。

4 工程案例分析

4.1 工程概况

某煤矿掘进巷道需经过一个小煤矿的采空区，采空区采用房柱式开采方式，采空区大部分顶板已垮落，煤柱破碎，严重影响了矿井的安全生产。巷道设计为宽 4m 、高3m的矩形断面。采空区煤层厚度 2.5m ，倾角15°，顶、底板为砂泥岩、砂岩。

4.2 支护方案设计

根据该工程的地质条件和采空区特点，采用管棚超前支护 + 锚杆 + 锚索 + 喷射混凝土联合支护方案。管棚采用直径为 108mm 的无缝钢管，长度为 10m ，间距为 0.3m ，在巷道拱部布置；锚杆采用直径为 22mm 的螺纹钢锚杆，长度为 2.5m ，间距为 0.8m，排距为 0.8m，在巷道顶板和两帮布置；锚索采用直径为 17.8mm 的钢绞线锚索，长度为 6m，间距为 1.6m，排距为 1.6m ，在巷道顶板布置；喷射混凝土强度等级为C25，厚度为 150mm, 。

4.3 施工过程及效果

施工时严格按设计要求及技术规程施工。采用管棚超前支护，再开挖巷道，采用锚杆、锚索和喷射混凝土支护。通过对支护质量的实时监测，锚杆、锚索锚固力满足设计要求，喷浆混凝土强度及厚度满足设计要求。经一段时间的观测，巷道围岩变形量很小，顶板基本稳定，无垮落，说明该支护方案对围岩变形破坏有较好的控制作用，确保了巷道安全。表1 为监测项目施工效果。

结论

小煤窑掘进巷道穿越采空区围岩支护是一个复杂的系统工程，需综合考虑采空区特征、地质条件、支护技术原则及施工技术等因素，才能对其进行有效的支护。通过合理的支护设计、严格的施工管理，可使巷道围岩变形破坏得到有效控制，从而确保巷道的安全掘进。在工程实践中，要根据具体情况选择合理的支护方案，加强对支护质量的监测，及时调整支护参数，保证支护效果。

参考文献

[1] 王军军 . 近距离煤层群采空区下切眼掘进及支护技术研究 [J].能源与节能 ,2025,(01):201-203+207.

[2] 田军 , 刘超 , 雷水生 , 等 . 近距离煤层采空区边界煤柱影响下巷道围岩支护技术研究 [J/OL]. 华北科技学院学报 ,2024,(05):12-19[2025-07-18].