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        趙莊煤業(yè)復(fù)用巷道變形規(guī)律及注漿加固技術(shù)

        2020-06-10 09:07:24
        山東煤炭科技 2020年5期
        關(guān)鍵詞:穩(wěn)定區(qū)趙莊錨索

        徐 澤

        (晉城煤業(yè)集團趙莊煤業(yè),山西 晉城 048000)

        趙莊煤業(yè)大采高工作面回采巷道采用多巷布置,部分巷道保留下來為下一工作面復(fù)用。復(fù)用巷道使用周期約2~3 年,需經(jīng)歷本工作面劇烈采動、下一工作面開采時一側(cè)采動和另一側(cè)采空區(qū)疊加應(yīng)力影響三個階段[1-2],礦壓顯現(xiàn)呈現(xiàn)明顯的“劇烈性”和“滯后性”。當(dāng)煤質(zhì)變軟、遇地質(zhì)構(gòu)造時,維護更加困難,復(fù)用巷道變形破壞嚴(yán)重,反復(fù)維修,影響正常生產(chǎn)和采掘銜接[3-4]。因此必須對復(fù)用巷道進行治理,減小變形量,使巷道斷面滿足二次使用的要求。針對趙莊煤業(yè)13092 復(fù)用巷道,在研究變形規(guī)律的基礎(chǔ)上,進行錨注加固試驗,以期為復(fù)用巷道圍巖變形控制提供參考。

        1 工程背景

        趙莊煤業(yè)13092 巷為1309 工作面回風(fēng)順槽,全長約2860m,為1309 和1310 兩個工作面服務(wù)。目前1309 工作面正在回采當(dāng)中,1310 工作面尚未回采,保護煤柱寬度60m。巷道與工作面位置關(guān)系見圖1。

        圖1 13092 巷與工作面位置關(guān)系圖

        13092 巷為矩形斷面,凈寬5m,凈高4.5m。頂板每排5 根錨索,間距1.1m,排距0.6m,錨索長度8.4m;兩幫每排5 根錨桿,間距0.95m,排距1.2m,錨桿長度2.4m;幫錨索每排2 根,間距2m,排距2.4m,幫錨索長度5.4m。

        2 復(fù)用巷道變形規(guī)律

        頂板采用全錨索支護,頂板下沉量在150mm以內(nèi),此次觀測主要針對巷道兩幫。在13092 復(fù)用巷道,切眼前方400m 位置起,向外布置5 組表面位移測點,測點間隔50m,分別在回采進度400m、450m、500m、550m、600m 位置,觀測范圍為工作面前方50m 至工作面后方1200m,每7d觀測一次,統(tǒng)計兩幫變形量,分析變形速度。兩幫變形量、變形速度與工作面位置關(guān)系分別見圖2(a)、圖2(b)所示。

        圖2 兩幫變形曲線圖

        由圖2(a)可以看出,兩幫累計移近量1203.5mm,煤柱一側(cè)變形量約900~1000mm,超過兩幫總變形量的75%。

        由圖2(b)可以看出,兩幫變形速度具有明顯的分區(qū)特征:

        (1)初始影響區(qū)(50m~ -200m),兩幫移近量不足150mm,變形速度平均約4mm/d;

        (2)劇烈影響區(qū)(-200m~ -600m),兩幫劇烈變形,移近量約679mm,變形速度平均約12.1mm/d,在-350m ~-450m 達(dá)到峰值,平均15.3mm/d;

        (3)穩(wěn)定區(qū)(-600m~ ),兩幫變形速度逐漸下降,變形量388.5mm,變形速度平均約4.6mm/d。

        劇烈影響區(qū)和穩(wěn)定區(qū)變形量占兩幫總變形量的89.2%。

        3 二次錨注加固機理及方案設(shè)計

        3.1 二次錨注加固機理

        分析13092 巷變形規(guī)律發(fā)現(xiàn),兩幫總變形量的89.2%集中在劇烈變形區(qū)和穩(wěn)定區(qū)。劇烈變形區(qū)產(chǎn)生大變形的根本原因是一次支護強度不足,而穩(wěn)定區(qū)變形量較大的主要原因是圍巖破壞深度增大,一次支護錨桿索失效,圍巖喪失大部分承載能力,即使穩(wěn)定區(qū)頂板壓力降低,圍巖也無法有效承載,始終維持在相對較高的變形速度。因此,二次錨注加固的根本應(yīng)在于提高一次支護強度。由于錨索錨固力不足,錨注必須在初始影響區(qū)之前進行,減小劇烈影響區(qū)巷道變形量和破壞深度,在穩(wěn)定區(qū)及時進行二次注漿,提高殘余承載能力,使圍巖進入穩(wěn)定狀態(tài)。

        3.2 一次超前錨注加固方案

        13092 巷錨固力不足,采取先注漿、后錨索補強的方式進行加固。

        (1)鉆孔布置

        采用4m、8.5m 兩個孔深交替布置,4m 孔用于封堵淺部錨桿孔等裂隙,8.5m 孔用于加固錨索錨固段范圍,均垂直于煤幫。如圖3 所示。

        注漿材料選用晉煤集團技術(shù)研究院研發(fā)的聯(lián)邦加固1 號(雙液)材料,使用水灰比0.8:1,材料1~3min 失 去 流 動 性,5~10min 終 凝,2h 強 度10MPa 以上,1d 強度16MPa 以上。

        圖3 一次注漿鉆孔布置示意圖

        (2)煤柱一側(cè)幫錨索補強

        工作面一側(cè)考慮采煤機割煤影響,不進行補強,只在煤柱一側(cè)進行幫錨索補強。布置方式:① 在原兩排錨索正中補打一排錨索,補打錨索每排3 根,新補打的一排錨索之間使用1 根鋼筋托梁連接在一起。② 在原錨索兩根之間正中位置再補打1 根錨索,最終形成“三三三三三”錨索布置形式,補強錨索長度8.4m。如圖4 所示。

        實施順序:超前工作面50m 進行,先進行注漿,再進行錨索補強,錨固力仍不足時配合注漿加長錨固法提高錨固力。

        3.3 穩(wěn)定區(qū)二次注漿方案

        在穩(wěn)定區(qū)進行,采用12m 一個孔深進行加固,鉆孔上、下排,矩形布置。下排孔開孔高度距離底板2m,仰角0°,上排孔開孔高度距離底板3m,仰角5°,孔深12m,孔徑42mm。

        注漿材料選用晉煤集團技術(shù)研究院研發(fā)的聯(lián)邦加固(單液)超細(xì)注漿材料。材料20~30min 失去流動性,可以保證較深鉆孔下漿液在裂隙中充分?jǐn)U散,60~80min 初 凝,360min~480min 終 凝,1d 強度16MPa 以上,3d 強度25MPa 以上,加固后能夠顯著提高圍巖強度。

        二次注漿在工作面后方600m 以外進行。

        圖4 幫錨索補強示意圖

        4 巷道變形效果考察

        (1)注漿加固區(qū)域與未注漿加固區(qū)域相比,呈現(xiàn)相似的規(guī)律,也分為初始影響區(qū)(50m~ -200m)、劇烈影響區(qū)(-200m~ -600m)和穩(wěn)定區(qū)(-600m~)。

        (2)注漿區(qū)域巷道兩幫最終變形量598mm。其中初始影響區(qū)變形量122mm,占比20%;劇烈影響區(qū)變形量441mm,占比74%,最大變形速度12mm/d;穩(wěn)定區(qū)變形量35mm,占比6%。如圖5所示。

        (3)與未錨注區(qū)域相比,兩幫總變形量減小50%。其中,初始影響區(qū)減小2%,劇烈影響區(qū)變形量減小20%,穩(wěn)定區(qū)減小28%??梢钥闯?,一次錨注加固顯著減小了劇烈影響區(qū)內(nèi)圍巖變形,并對穩(wěn)定區(qū)圍巖變形起到了控制作用,穩(wěn)定區(qū)二次注漿后,變形速度快速減小,圍巖快速進入穩(wěn)定狀態(tài)。

        圖5 注漿后兩幫變形曲線圖

        5 結(jié)論

        (1)大采高工作面復(fù)用巷道變形規(guī)律具有明顯的滯后性和劇烈性,根據(jù)變形速度大小,依次可以劃分為初始影響區(qū)(50m~ -200m)、劇烈影響區(qū)(-200m~ -600m)、穩(wěn)定區(qū)(-600 ~)。劇烈影響區(qū)和穩(wěn)定區(qū)變形量占兩幫總變形量的89.2%。

        (2)提出二次錨注加固方案。一次錨注加固在初始影響區(qū)之外進行,目的是提高一次支護強度,減小劇烈影響區(qū)圍巖破壞深度;二次注漿加固在穩(wěn)定區(qū)進行,目的是提高殘余承載能力,使圍巖進入穩(wěn)定狀態(tài)。

        (3)采用二次錨注加固方案后,兩幫最終變形量598mm。與未錨注方式相比,兩幫總變形量減小50%,其中,劇烈影響區(qū)和穩(wěn)定區(qū)減小48%。

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