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        高河煤礦E2311綜放工作面沿空留巷圍巖控制技術(shù)研究與應(yīng)用

        2021-12-17 06:31:16王煥斌
        2021年12期
        關(guān)鍵詞:空留巷底板錨桿

        王煥斌

        (山西高河能源有限公司,山西 長治 047100)

        1 工程概況

        山西潞安礦業(yè)(集團)有限責(zé)任公司高河煤礦E2311工作面位于東二盤區(qū),工作面南、北均為未采區(qū),東邊為礦界,西邊為+450 m水平北翼大巷,工作面切眼長度為320 m,設(shè)計長度走向為1 709 m。工作面所采為3號煤層,煤厚6.19~6.85 m,平均6.5 m,煤層中夾有一層泥巖,平均厚度0.20 m,煤層角為1~7°,平均3°,煤層頂板巖層為粉砂巖和細砂巖,底板巖層為粉砂巖和砂質(zhì)泥巖,具體煤層頂?shù)装鍘r層特征如表1所示。E2311工作面為東二盤區(qū)工作面,工作面南、北均為未采區(qū),東邊為礦界,西邊為+450 m水平北翼大巷,工作面按三進一回+高抽巷布置,從南向北依次為回風(fēng)巷、進風(fēng)巷、高抽巷、膠帶巷、輔運巷。E2311工作面采用綜放開采,工作面采高3.5±0.2 m,放煤高度3.0 m,采放比1∶0.85,工作面回采期間采用沿空留巷技術(shù),進風(fēng)巷為沿空留設(shè)巷道,巷道寬度×高度=5 800 mm×4 100 mm,為保障綜放工作面留巷作業(yè)的順利進行,現(xiàn)對沿空留巷施工工藝及圍巖控制技術(shù)進行分析。

        表1 頂?shù)装鍘r層特征

        2 沿空留巷支護現(xiàn)狀及施工工藝

        2.1 留巷支護現(xiàn)狀

        E2311工作面進風(fēng)巷原有支護采用錨網(wǎng)索+梯子梁,頂板錨桿采用D22 mm×2 400 mm的左旋無縱筋螺紋鋼錨桿,頂板布置8根,間排距為800 mm×900 mm,頂板錨索采用D18.96 mm×8 300 mm的低松弛鋼絞線,錨索采用“四四”布置,間排距為1 400 mm×900 mm,巷幫錨桿采用D22 mm×2 400 mm的左旋無縱筋螺紋鋼錨桿,幫部每排布置5根錨桿,間排距為900 mm×900 mm,錨桿的錨固形式均為端頭錨固;另外在留巷煤柱幫打設(shè)補強錨索,錨索規(guī)格為D18.96 mm×5 300 mm的低松弛鋼絞線,煤柱幫補強錨索采用“二二”布置,間排距為1 400 mm×800 mm,巷道頂板及兩幫錨桿均采用鋼筋梯子梁進行連接,鋼筋梯子梁采用D14 mm的圓鋼加工制作,巷道表面采用10號鉛絲編制的金屬網(wǎng)進行護表,網(wǎng)孔規(guī)格為50 mm×50 mm。

        沿空留巷時巷旁充填體采用柔?;炷?,混凝土強度等級為C30,充填體寬度為1.5 m,充填體內(nèi)部采用D22 mm×1 700 mm的對拉錨桿進行加強支護,間排距為800 mm×900 mm,留巷作業(yè)時,在靠近采空區(qū)一側(cè)350 mm范圍內(nèi)架設(shè)木柱,巷道底板打設(shè)厚度為350 mm的C30混凝土,沿空留巷后巷道斷面為凈寬×凈高=4 000 mm×3 850 mm,具體E2311進風(fēng)巷道沿空留巷期間支護方案如圖1所示。

        圖1 E2311進風(fēng)巷道留巷支護斷面(mm)

        2.2 留巷施工工藝

        1) 巷旁充填材料:沿空留巷作業(yè)時,充填材料為C30強度等級的混凝土,C30混凝土配合比如表2所示。柔模混凝土具有自流平配比,該混凝土能夠?qū)崿F(xiàn)自密實,不易產(chǎn)生離析泌水現(xiàn)象[1-3]。

        表2 C30泵注混凝土初步配合比kg

        2) 柔模充填模板:該次沿空留巷采用柔性充填模板,模板由阻燃性礦用土工布制作而成,柔性充填模板材料經(jīng)鋼筋骨架串連而成,形成充填體邊界,可利用拆除的單體柱和模板作為臨時支承,構(gòu)建混凝土巷旁充填體的澆筑空間,柔性模板能夠?qū)⒍嘤嗟乃峙懦?,有效提高充填體的強度,利于圍巖控制。柔模袋規(guī)格為2 000 mm×1 500 mm×4 200 mm、3 000 mm×1 500 mm×4 200 mm、4 000 mm×1 500 mm×4 200 mm。

        3) 工藝流程:該次沿空留巷巷旁充填體澆筑采用機械化施工,地面建立混料系統(tǒng)、刮板上料系統(tǒng)和泵送混凝土組,澆筑所用砂子、石子、水泥等在地面混合后,通過無軌膠輪車運至井下料場等待巷旁充填作業(yè),井下充填泵組和料場最遠應(yīng)布置在工作面前方250 m范圍內(nèi)[4],當(dāng)充填泵組靠近超前支護段時,應(yīng)進行前移。工作面回采推進后,進行沿空留巷的準備和超前支護工作,隨后進行巷旁充填體的構(gòu)筑作業(yè),巷旁充填工藝流程可大致劃分為四個階段,分別為移架前、移架后、掛模板和巷旁充填,具體該次巷旁充填體施工工藝流程如圖2所示。

        圖2 巷旁充填體施工工藝流程

        2.3 支護效果分析

        E2311進風(fēng)巷道沿空留巷期間,在留巷內(nèi)設(shè)置圍巖變形觀測點,采用十字布點法進行留巷支護效果的分析,根據(jù)觀測結(jié)果能夠得出頂?shù)装寮皟蓭鸵平?、變形速率曲線如圖3所示。

        分析圖3可知,進風(fēng)巷道在原有支護方案下,留巷期間圍巖變形嚴重,其中巷道頂?shù)装逡平窟_到1 000 mm,煤柱與巷旁充填體間的相對移近量達到940 mm,在兩幫移近量中,煤柱幫的變形量占到90%;另外,在觀測期結(jié)束后,巷道圍巖仍在持續(xù)變形,圍巖持續(xù)變形后無法滿足后續(xù)工作面的回采使用要求,即需進一步采取有效的補強支護手段,以保障留巷圍巖的穩(wěn)定。

        圖3 沿空留巷期間圍巖變形曲線

        3 留巷圍巖控制技術(shù)優(yōu)化

        3.1 支護方案優(yōu)化

        根據(jù)E2311進風(fēng)巷在現(xiàn)有支護方案下的圍巖變形特征可知,巷道留巷期間圍巖變形嚴重,穩(wěn)定性差?;趪鷰r變形的分析結(jié)果可知,留巷煤幫變形量較大,產(chǎn)生這種現(xiàn)象的主要原因為留巷期間,基本頂斷裂后,回轉(zhuǎn)下沉力大幅作用到煤柱幫上,不斷壓縮煤幫煤體,據(jù)此現(xiàn)擬采取煤幫注漿加固的方式,以提高煤幫承載體的承載能力,抵抗基本頂?shù)幕剞D(zhuǎn)下沉,同時增強二次采動影響階段煤幫抵抗上覆巖層荷載的能力。具體煤幫注漿方案如下:

        1) 注漿孔深度:根據(jù)E2311工作面特征及眾多沿空留巷工程實踐可知[5-6],工作面基本頂側(cè)向斷裂位置在4.76~4.81 m,該區(qū)域以外的煤體為主要的承載結(jié)構(gòu),注漿孔的深度應(yīng)大于該深度,據(jù)此確定注漿孔深入煤體的垂直深度為5 m。

        2) 注漿材料:該次注漿采用水泥漿,水泥采用425號普通硅酸鹽水泥,水灰比為0.5∶1。

        3) 注漿孔間排距:根據(jù)現(xiàn)場試驗可知,水泥漿在煤幫的擴散半徑為1.5~3.2 m,漿液的擴散半徑變化較大,主要受到煤體內(nèi)節(jié)理裂隙發(fā)育程度的影響,為保障注漿效果,確定注漿孔排距為2 m,巷道斷面內(nèi)每排布置2個注漿鉆孔,靠近底板1 200 mm布置1排注漿孔,注漿孔參數(shù)為D42 mm×5 000 mm,注漿孔垂直煤幫布置,第二排注漿孔與底板間距2 400 mm,鉆孔參數(shù)為D42 mm×5 600 mm,與巷幫呈30°布置,具體注漿鉆孔布置形式,如圖4所示。

        4) 注漿壓力:該次注漿終孔壓力為3 MPa。

        圖4 注漿鉆孔布置示意(mm)

        3.2 效果分析

        E2311進風(fēng)巷道采用煤幫注漿補強加固后,在進風(fēng)巷道沿空留巷期間,持續(xù)進行留巷圍巖變形量的觀測分析,根據(jù)觀測結(jié)果能夠繪制出留巷期間圍巖變形情況,如圖5所示。

        圖5 二次采動期間留巷圍巖變形曲線

        分析圖5可知,E2311進風(fēng)巷道留巷后,在留巷期間,巷道頂板下沉量的最大值為179 mm,底板鼓起量的最大值為241 mm,實體煤幫變形量的最大值為219 mm,巷旁充填體變形量的最大值為7 mm,留巷在滯后工作面100 m后圍巖變形速率便大幅下降,逐漸趨于穩(wěn)定。綜合上述分析可知,留巷采用煤幫注漿加固的補強方案后,有效解決了圍巖變形量大的問題,保障了沿空留巷圍巖的穩(wěn)定。

        4 結(jié) 語

        根據(jù)E2311工作面沿空留巷的具體特征,通過分析留巷現(xiàn)有支護及施工工藝,得出留巷在現(xiàn)有支護下圍巖變形量大,其中煤幫變形嚴重,基于留巷變形特征,設(shè)計在煤幫采用注漿加固的補強支護,根據(jù)煤幫注漿方案實施后,留巷期間圍巖變形分析得出,補強支護實施后,圍巖變形得到有效控制,保障了沿空巷道圍巖的穩(wěn)定。

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