董里鋒

（山西沁和能源集團(tuán)南凹寺煤業(yè)有限公司，山西 晉城 048000）

在煤礦井下開采過程中，因受地質(zhì)條件或其他因素等影響，可能出現(xiàn)工作面回采期間遭遇空巷的情況。因空巷從工作面中間穿過與工作面平交，在交叉處巷道圍巖應(yīng)力集中，導(dǎo)致其周圍的煤巖體受壓變形大，裂隙發(fā)育程度高，煤巖體破碎嚴(yán)重，造成頂板維護(hù)困難，工作面回采過程中會現(xiàn)煤墻片幫、頂板冒落等情況，嚴(yán)重制約了工作面正常生產(chǎn)[1]。因此，如何解決工作面過空巷期間圍巖控制、防止煤墻片幫冒頂問題，對工作面安全高效回采顯得尤為重要。

1 工程概況

常村煤礦13031 工作面因受地質(zhì)構(gòu)造、井田邊界及礦井采掘接替等因素影響，工作面里段切巷傾斜長初始設(shè)計為150 m，在向前回采350 m 以后與上段切巷對接，形成一個切巷傾斜長為220 m 的工作面，工作面平面布置，見圖1。在工作面上下段對接后，造成13031 工作面中順槽進(jìn)入13031 工作面內(nèi)部位置，成為與工作面平交的“空巷”。

圖1 工作面平面布置

13031 中順槽設(shè)計斷面為寬5 m，高3.5 m 的矩形巷道，巷道沿頂掘進(jìn)，采用錨網(wǎng)索配合鋼筋梯子梁聯(lián)合支護(hù)。錨桿采用長度為Φ22 mm×2 400 mm左旋無縱筋錨桿，間排距為800 mm×800 mm。頂部錨索采用Φ18.9 mm×7 200 mm 鋼絞線，間排距為1 600 mm×1 600 mm，幫部采用Φ18.9 mm×5 200 mm 錨索補(bǔ)強(qiáng)加固，間排距為1 600 mm×1 600 mm。在13031 工作面推進(jìn)過程中，因13031中順槽處于工作面內(nèi)部，受工作面采動及頂板超前支撐壓力影響，巷道出現(xiàn)幫頂位移量增大，巷道底鼓嚴(yán)重，在13031 中順槽與切巷交叉口附近煤墻煤體松散、煤墻片幫、頂部掉煤，煤墻支護(hù)和頂板維護(hù)困難等情況，給工作面正常生產(chǎn)帶來嚴(yán)重影響。

2 超前頂板支撐壓力影響規(guī)律分析

2.1 空巷礦壓觀測方案

為分析和掌握13031 工作面回采過程中采動影響及超前頂板支撐壓力對13031 中順槽空巷巷道圍巖變形的影響規(guī)律，從而采取措施控制工作面巷道圍巖變形，決定在13031 中順槽空巷內(nèi)布置一個巷道圍巖變化綜合觀測站C1 測站安裝MCZ-200、MCZ-300 錨桿、錨索測力計監(jiān)測錨桿（索）受力狀況，安裝WBY-10 頂板離層儀對巷道頂板離層情況進(jìn)行監(jiān)測，同時利用“十字”觀測法在測站處布點對巷道幫頂移近量進(jìn)行觀測（見圖2）。C1 測站布置在距離工作面100 m 位置，工作面開始回采時進(jìn)行觀測，每天安排專人對監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行一次收集統(tǒng)計。

圖2 C1 測站斷面布置（單位/mm）

2.2 巷道圍巖應(yīng)力分布變化規(guī)律分析

根據(jù)觀測收集整理的數(shù)據(jù)繪制出的曲線圖，見圖3、圖4。由圖3、4 中可以看出，在工作面距離C1測站60 m 位置時，巷道中錨桿（索）應(yīng)力值開始出現(xiàn)增大現(xiàn)象，當(dāng)回采至距離測站40 m 位置時，錨桿（索）應(yīng)力值增加速度顯著加快。當(dāng)工作面距離測站20 m 位置時，幫部錨桿應(yīng)力值增加速度開始減緩，在工作面距離測站10 m 位置時頂部錨桿應(yīng)力值變化趨勢開始減緩，此時說明幫部和頂部錨桿控制范圍內(nèi)的巖體已經(jīng)出現(xiàn)破碎現(xiàn)象。測站處幫部和頂部錨索應(yīng)力值大小變化出現(xiàn)減緩分別發(fā)生在工作面距離測站位置15 m 和6 m 位置處，說明分別在此位置時錨索控制范圍的巖體出現(xiàn)破碎現(xiàn)象。

圖3 空巷錨桿應(yīng)力大小變化曲線

圖4 空巷錨索應(yīng)力大小變化曲線

2.3 巷道圍巖變形變化規(guī)律分析

根據(jù)利用“十字”觀測法收集的巷道圍巖移近量數(shù)據(jù)繪制出的巷道圍巖變形曲線，見圖5、圖6。由圖中可以看出，在工作面距離C1 測站60 m 處時，道圍巖開始出現(xiàn)變形；在工作面距離測站45 m處時，巷道幫部位移量和底板底鼓變形量開始出現(xiàn)明顯增大趨勢； 而在工作面距離測站30 m 處位置時，巷道頂板移近量變化速度出現(xiàn)明顯加快趨勢；在工作面距離測站12 m 左右位置時，巷道頂?shù)装寮皟蓭蛧鷰r變形量均出現(xiàn)急劇增大現(xiàn)象。

圖5 空巷幫部移近量變化曲線

圖6 空巷頂?shù)装逦灰屏孔兓€

綜上所述：工作面回采前方60 m 范圍開始，超前頂板支撐壓力開始對巷道圍巖變形產(chǎn)生影響，在距離工作面前方12～40 m 位置時，影響程度明顯增加，在工作面前方0～12 m 范圍內(nèi)，影響程度最為強(qiáng)烈。

3 巷道維護(hù)加固方案

3.1 巷道注漿加固方案

為減小工作面推進(jìn)過程中因采動對空巷圍巖應(yīng)力的影響，對13031 中順槽空巷采取超前注漿技術(shù)進(jìn)行加固。即在空巷內(nèi)，利用高壓注漿泵提前將漿液注入巷道幫部破碎的圍巖中，從而提高巷幫煤巖體的穩(wěn)定性及強(qiáng)度。

（1）注漿孔布置設(shè)計。

在13031 中順槽空巷兩幫分別距離巷道底板2 000 mm 和3 000 mm 位置各布置一排注漿鉆孔，鉆孔與巷道走向方向成90°夾角，兩孔間距1 000 mm，排距2 400 mm，孔深8 000 mm，鉆孔孔徑32 mm，注漿錨索采用Φ29 mm×8 200 mm中空注漿錨索，布置方式見圖7。

圖7 注漿孔布置

（2）注漿時機(jī)選擇。

根據(jù)空巷圍巖受力變形情況選擇合理的注漿時機(jī)，一般當(dāng)巷道內(nèi)煤巖體受力開始產(chǎn)生一定裂隙后且其圍巖自身承壓能力未出現(xiàn)明顯失效的情況時注漿效果比較好[2-4]。根據(jù)前期巷道應(yīng)力及巷道圍巖位移變化監(jiān)測和分析情況可知，選擇在13031 中順槽空巷距離工作面12～40 m 區(qū)域范圍內(nèi)進(jìn)行注漿加固對圍巖控制效果較好。

（3）注漿工藝。

位置標(biāo)定好后開孔→掃孔并到設(shè)計深度8 m→安裝止?jié){塞及8.2 m 長注漿錨索→制備漿液→封孔全孔段注漿→結(jié)束注漿→清洗注漿管路，在漿液凝固時間達(dá)到48 h 以上后安裝錨索托盤、鎖具，并張拉到設(shè)計值30 MPa。根據(jù)巷道裂隙情況，注漿壓力一般控制在1.5～3 MPa，漿液擴(kuò)散半徑選擇為1.5～3 m，注漿液先稀后稠，逐級變換，開灌漿水灰比選擇2:1，若巷道裂隙發(fā)育程度較高，漿液水灰比可調(diào)節(jié)為1:1。當(dāng)單孔注漿壓力達(dá)到設(shè)計值10 min且持續(xù)5 min 不吸漿時，認(rèn)定為該鉆孔注漿工作完成，單孔平均注漿量可達(dá)到0.6～0.8 t 左右。

（4）注漿材料選擇。

13031 中順槽空巷選用了由中國礦業(yè)大學(xué)研制的一種新型高水注漿材料，該注漿材料一般凝固時間可控制在6～8 h，在24 h 后強(qiáng)度可達(dá)到18 MPa，48h后強(qiáng)度可達(dá)到30 MPa。

3.2 空巷超前加固方案

13031 中順槽高度為3.5 m，工作面采高為2.8 m，頂煤平均厚度2 m，采放比為1:0.7。為提高空巷的支護(hù)強(qiáng)度，同時保證工作面支架能夠接頂有效，在工作面推進(jìn)過程中，超前工作面40 m 采取背頂加固措施。即在巷道頂部背設(shè)木垛，在木垛下方打設(shè)單體柱抬棚進(jìn)行加固（見圖8），單體柱打設(shè)的排距為1.2 m，抬棚一梁三柱，超前工作面0～10 m 范圍內(nèi)打設(shè)4 對抬棚，10～20 m 打設(shè)3 對抬棚，20～40 m 打設(shè)2 對抬棚。

圖8 空巷超前支護(hù)

3.3 實施效果

為觀察實施注漿后達(dá)到的效果，利用鉆孔窺視儀對巷道煤體注漿前后情況進(jìn)行觀察。為便于觀察，在距離注漿孔水平方向1 m 位置施工1 個窺視鉆孔，結(jié)果見圖9、圖10。

圖9 注漿前幫部煤體窺視情況

圖10 注漿后幫部煤體窺視情況

由圖9、圖10 可以看出，煤體采取錨固注漿措施后，原煤體發(fā)育的裂隙被充填固化，煤體完整性得到了提高，其強(qiáng)度相應(yīng)得到增加，注漿起到了加固煤體的作用，效果較好。

4 結(jié)語

1）通過建立測站對空巷應(yīng)力分布規(guī)律和圍巖圍巖變化情況進(jìn)行分析得知，工作面回采前方60 m范圍開始，超前頂板支承壓力開始出現(xiàn)對巷道圍巖變形產(chǎn)生影響，在距離工作面前方12～40 m 位置時，影響程度明顯增加，在工作面前方0～12 m 范圍內(nèi)，影響程度最為強(qiáng)烈。

2）根據(jù)常村煤礦13031 工作面實際情況，在工作面過13031 中順槽空巷期間，選擇超前注漿錨固的方法對空巷巷幫煤體進(jìn)行加固，并對注漿加固參數(shù)和流程進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計。根據(jù)觀測結(jié)果，選擇在13031 中順槽空巷距離工作面12～40 m 區(qū)域范圍內(nèi)進(jìn)行注漿加固對圍巖控制效果較好。

3）采取對工作面空巷煤體進(jìn)行超前錨固注漿和背頂加固的方式對巷道進(jìn)行加固，通過實踐效果發(fā)現(xiàn)，該方法能夠有效控制空巷對工作面影響范圍的煤墻及頂板，確保了工作面安全順利回采，具有較大的推廣應(yīng)用價值。