矿井工程采空区巷道掘进支护技术研究

引言

矿井采空区是由于煤炭资源开采后形成的地下空洞区域，其空间结构的不确定性与岩体应力扰动性，使得其成为煤矿工程中的高风险地段。在采空区附近掘进巷道不仅面临着围岩结构不稳定、应力分布异常和裂隙水渗漏等复杂地质问题，同时也显著增加了支护设计与施工的难度。传统的巷道支护方法在采空区常常难以发挥预期效果，导致巷道变形、坍塌及地压灾害频发，严重制约矿井生产的安全与效率。因此，如何针对采空区复杂的地质环境与动态灾变特征，制定科学合理、经济可行的掘进支护技术方案，已成为当前煤炭开采技术领域的研究热点与实践难点。本文将结合采空区巷道支护的工程背景，分析其力学演化规律，系统总结现有支护技术的应用成效，深入探讨新型支护技术与优化路径，为提高矿井掘进安全水平提供理论基础与技术支持。

一、采空区巷道围岩特性与失稳机理分析

采空区巷道所处的特殊地质条件决定了其围岩稳定性与支护策略必须区别于普通巷道。由于原煤层被开采后形成的空洞在长期作用下发生塌陷、回填或充填不完全，进而导致上覆岩层形成较大范围的破碎带、裂隙发育区和应力集中带。这些结构上的不连续性造成巷道围岩在掘进过程中易出现突然失稳或局部垮塌的现象，表现为围岩松动、顶板下沉、侧帮鼓出等问题。此外，采动应力重分布效应也会使巷道周边形成高地应力集中区，加剧围岩破坏趋势。尤其在老采空区上方掘进时，若对其结构稳定性预判不足，极易诱发“穿空坍塌”或“老空透水”等严重灾害事故。围岩在长期采动扰动下多呈非均质、各向异性特征，其物理力学参数离散性大，传统的弹性力学理论难以准确预测其稳定状态，必须结合现场探测数据与数值模拟结果进行综合判定。因此，在采空区巷道掘进支护设计中，必须充分考虑围岩结构特征、岩体损伤演化过程与应力 - 渗流 - 温度多场耦合作用，建立动态适应的支护策略体系，才能有效保障巷道施工与长期稳定运行。

二、现行巷道掘进支护技术应用现状与问题分析

目前应用于采空区巷道的支护技术主要包括锚杆（索）支护、金属拱棚支护、喷浆支护、注浆加固以及上述方式的组合支护模式。其中，锚网喷支护因其施工简便、支护效果显著，成为当前煤矿掘进的主流技术。其通过对围岩施加主动支护力，限制其变形发展，有效延缓围岩松动带的扩展。然而，该技术在软弱破碎岩体中受锚杆锚固力影响较大，易出现锚杆失效或支护间距不足导致的局部破坏。拱棚支护则适用于顶板压力较大的断层破碎带区，但存在施工周期长、材料消耗大、空间利用率低等问题，尤其不利于机械化掘进作业。喷浆支护在提高围岩整体性方面具有优势，但其喷层厚度与粘结质量受作业环境影响较大，耐久性较差。注浆加固技术可在围岩结构性较差区域发挥显著加固作用，改善岩体完整性，提高其承载能力，但其施工难度较大，需合理控制注浆材料流动性与扩散半径，避免浆液流失或堵塞影响施工进度。整体来看，现有支护技术在采空区应用中尚存在“单一支护方式难以适应复杂围岩结构”、“支护参数缺乏针对性”、“施工工艺与地质条件脱节”等问题。亟需在巷道支护系统的整体优化、支护模式的组合配置、支护参数的动态调整等方面开展深入研究，提升支护系统的适应能力与安全可靠性。

三、采空区巷道掘进支护技术的优化路径研究

针对上述问题，采空区巷道支护应秉持“超前预判、因岩制宜、综合治理、动态调整”的原则，构建多元化支护技术体系。一方面，应在巷道掘进前通过地质雷达、地震波探测、钻孔探测等手段进行超前地质勘查，精确识别采空区范围、塌陷程度与围岩类型，为支护设计提供基础数据。另一方面，在支护结构设计中，应根据围岩稳定性等级、应力场分布与施工工艺，科学选择锚杆参数、支护间距与锚固方式。例如，在围岩稳定性较差区域采用加密锚杆 + 钢带 + 喷层 + 局部棚支的联合支护方式，在空洞上方或易下沉地带设置可调式拱形支架并辅以注浆封堵，形成“面 - 体 -点”复合支护体系，全面增强围岩承载力与稳定性。在施工过程中，应强化支护结构的实时监测与反馈调整，借助应力计、位移计、锚杆拉力仪等仪器，及时掌握围岩变形状态与支护构件受力变化，指导施工单位优化支护方案。此外，注重支护材料的性能提升与新型工艺推广，如采用高强度可回收锚杆、快凝注浆材料与智能施工装备，可有效提升支护效率与经济性，为采空区巷道支护提供技术支撑与成本控制手段。

四、智能化与信息化技术在巷道支护中的应用前景

随着矿井信息化、智能化技术的发展，采空区巷道支护正逐步向“感知—分析—响应—优化”闭环系统转变。在信息感知方面，通过布设物联网传感器集群，实现对巷道围岩应力、变形、水渗等多参数的实时监测；在智能分析方面，借助大数据分析与机器学习算法，建立采空区围岩稳定性预测模型，为支护设计提供科学依据；在响应机制方面，开发具备自适应特性的支护装备与施工系统，如自动张拉锚索系统、可调节刚度支护架等，增强系统对突发变形的应急响应能力；在优化环节，引入数字孪生与BIM 技术，构建巷道支护的虚拟仿真模型，实现施工方案的动态模拟与持续优化。信息化手段的集成应用，将推动采空区巷道支护从经验驱动转向数据驱动与智能决策，提高巷道掘进的安全性、效率与科学性，成为未来矿井工程技术发展的重要方向。

五、结论

采空区巷道掘进作为矿井工程中的重要作业环节，其安全稳定运行直接关系到煤矿整体生产安全与经济效益。本文通过对采空区围岩结构特点与失稳机理的分析，指出了现有支护技术在复杂地质条件下的适应性问题，并结合现场实践与技术发展趋势，提出了系统化、组合化、信息化的支护技术优化路径。研究表明，合理的超前地质预测、科学的支护参数配置与灵活的结构调整机制，是保障采空区巷道安全掘进的关键。在未来发展中，应加强高性能支护材料的研发、新型施工技术的推广以及智能感知系统的构建，推动巷道支护技术向高效、安全、绿色、智能方向演进，为矿井高质量发展提供强有力的技术支撑与理论依据。

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