郝明劍
(山西焦煤汾西礦業(yè)賀西煤礦, 山西 柳林 033300)
礦井回采巷道掘進(jìn)過程中會遇到斷層、褶曲、陷落柱等地質(zhì)構(gòu)造,在地質(zhì)構(gòu)造影響帶附近煤巖體通常較為破碎[1-2]。巷道掘進(jìn)過地質(zhì)構(gòu)造時常出現(xiàn)底鼓、冒頂及圍巖變形量過大等問題[3-5]。底鼓及圍巖變形量過大可通過強(qiáng)化圍巖支護(hù)進(jìn)行控制,但是冒頂會給作業(yè)人員工作安全帶來較大威脅。統(tǒng)計資料顯示,冒頂事故約占礦井總事故的40%以上、掘進(jìn)工作面冒頂占礦井冒頂總事故的70%以上[6-7]。因此,確保掘進(jìn)巷道過地質(zhì)構(gòu)造區(qū)圍巖穩(wěn)定是礦井安全生產(chǎn)需要重點(diǎn)解決的問題。
注漿是提高破碎圍巖穩(wěn)定性的主要措施,本文以30906 回風(fēng)巷過斷層構(gòu)造為工程實(shí)例,通過注漿不僅可避免頂板冒落,而且有效控制了圍巖變形,取得較好應(yīng)用成果。
山西某礦30906 綜采工作面位于三盤區(qū)中部,采面主要回采9 號煤層,煤層厚度4.2 m、傾角5°、埋深平均406 m。9 號煤層賦存較為穩(wěn)定,為全區(qū)可采煤層,煤層頂板以泥巖、細(xì)砂巖為主;底板以泥質(zhì)粉砂巖、粉砂巖為主。三盤區(qū)已經(jīng)回采完畢的30901、30902、30903 等工作面均不同程度揭露了斷層、破碎煤巖體帶等地質(zhì)構(gòu)造,回采巷道圍巖變形整體較大。
30906 回風(fēng)巷設(shè)計斷面為矩形,寬4 500 mm、高3 100 mm,設(shè)計掘進(jìn)距離1 680 m。巷道采用錨桿+U型鋼支護(hù)。根據(jù)臨近采面揭露地質(zhì)構(gòu)造情況及已知的地質(zhì)資料顯示,30906 回風(fēng)巷掘進(jìn)過程中會揭露多個斷層及煤巖體破碎區(qū),給巷道圍巖控制帶來較大影響。
巷道掘進(jìn)過地質(zhì)構(gòu)造時,可通過減少錨桿、錨索間距強(qiáng)化圍巖控制,同時通過增設(shè)U 型架棚強(qiáng)化圍巖支護(hù)。增加圍巖支護(hù)強(qiáng)度,雖然可降低圍巖變形量,但是無法減少圍巖裂隙。為了提高圍巖整體強(qiáng)度,應(yīng)采用注漿方式充填圍巖裂隙,提高巖體內(nèi)摩擦角、黏聚力等。30906 回風(fēng)巷掘進(jìn)過程中遇到地質(zhì)構(gòu)造后,圍巖裂隙發(fā)育。為確保圍巖穩(wěn)定,需要進(jìn)行注漿及圍巖噴漿,注漿主要集中在頂板、巷幫,通過錨索補(bǔ)強(qiáng)支護(hù);頂板及巷幫均需要噴漿,噴漿層厚度控制在100 mm 以上,通過噴漿降低空氣、水等頂板砂質(zhì)泥巖,弱化影響。通過頂板注漿、巷幫錨索補(bǔ)強(qiáng)方式控制地質(zhì)構(gòu)造帶影響區(qū)內(nèi)煤巖體,不僅可確保圍巖穩(wěn)定,而且可降低注漿給回采原煤煤質(zhì)帶來的影響。
在地質(zhì)構(gòu)造影響區(qū)域巷道頂板上布置三排注漿錨索,兩側(cè)注漿錨索與巷幫間距均為0.8 m、均外插65°,中間注漿錨索垂直頂板施工。為確保地質(zhì)構(gòu)造影響區(qū)內(nèi)頂板巖層穩(wěn)定,施工的注漿錨索長度均為8.0 m,注漿孔排距均為2.0 m。為了降低注漿對回采的原煤煤質(zhì)影響,提出采用錨索對煤壁進(jìn)行強(qiáng)化支護(hù)。具體巷道頂板注漿孔、巷幫錨索布置如圖1 所示。
圖1 巷道頂板注漿孔、巷幫錨索布置示意圖(單位:mm)
為避免鉆孔注漿過程中出現(xiàn)串孔問題并提高注漿加固效果,頂板注漿加固鉆孔使用分步注漿方式。先施工并完成頂板靠近巷幫側(cè)的兩個注漿錨索施工,后進(jìn)行頂板中部注漿錨索施工。
注漿材料選擇聯(lián)邦加固1 號(雙液)材料,該加固材料具有結(jié)石率高、滲透性強(qiáng)、速凝及早強(qiáng)等特點(diǎn)。通過調(diào)整水灰比,可調(diào)整膠結(jié)強(qiáng)度、膠結(jié)時間。注漿材料水灰質(zhì)量比選擇為0.8∶1,漿液混合3 min內(nèi)即可失去流動性、混合15 min 內(nèi)可完全固化;膠結(jié)8 h 后煤巖體抗壓強(qiáng)度、黏結(jié)強(qiáng)度即可分別達(dá)到12 MPa、2 MPa 以上。
在對頂板進(jìn)行注漿時,注漿孔封堵長度均為2.0 m以上,注漿壓力控制在4 MPa 以內(nèi)。在注漿過程中應(yīng)隨時觀測頂板巖層情況,避免注漿壓力過大導(dǎo)致頂板巖體開裂。注漿時注漿量以注漿為準(zhǔn),當(dāng)鉆孔出現(xiàn)較大漏漿或者注漿壓力達(dá)到上限時,即停止注漿。
30906 回風(fēng)巷掘進(jìn)至地質(zhì)構(gòu)造影響區(qū)時,通過頂板注漿及巷幫錨索補(bǔ)強(qiáng)加固、圍巖噴漿等方式對圍巖變形及頂板軟弱、破碎巖體進(jìn)行加固。注漿加固完成后對巷道頂?shù)装濉蓭兔簬r體收斂量進(jìn)行監(jiān)測。具體圍巖變形監(jiān)測結(jié)果如圖2 所示。由圖2 可知,巷道掘進(jìn)過地質(zhì)構(gòu)造期間巷道變形噴漿層未有明顯開裂跡象,同時頂?shù)装?、巷幫煤巖體收斂量最大分別為140 mm、37 mm,頂?shù)装迨諗恳缘坠臑橹鳎畲蟮坠牧窟_(dá)到116 mm。從圍巖變形量監(jiān)測結(jié)果看出,掘進(jìn)巷道在過地質(zhì)構(gòu)造期間采用注漿方式加固頂板巖層、錨索補(bǔ)強(qiáng)巷幫支護(hù)強(qiáng)度及表層噴漿等方式可有效提升圍巖強(qiáng)度,取得較好的圍巖控制效果。
圖2 圍巖變形量監(jiān)測結(jié)果
1)30906 回風(fēng)巷掘進(jìn)期間會揭露多條斷層及煤體破碎帶,從而給巷道圍巖穩(wěn)定帶來較大威脅。針對斷層構(gòu)造區(qū)巷道圍巖特征,提出使用注漿、錨索補(bǔ)強(qiáng)及噴漿方式對圍巖進(jìn)行加固。由于巷道圍巖裂隙主要分布在頂板上,為此使用注漿對頂板進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng);通過在巷幫施工錨索對巷幫煤體進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng),避免注漿給煤體煤質(zhì)帶來影響;在圍巖噴漿后,可避免空氣、水等對砂質(zhì)泥巖的軟巖弱化影響。
2)依據(jù)掘進(jìn)巷道圍巖特點(diǎn),對頂板注漿加固、巷幫錨索補(bǔ)強(qiáng)加固方案進(jìn)行設(shè)計?,F(xiàn)場應(yīng)用后,巷道掘進(jìn)過地質(zhì)構(gòu)造期間表層噴漿層未出現(xiàn)開裂、圍巖變形量均在安全范圍內(nèi)。