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        原相煤礦松軟煤層巷道圍巖控制技術(shù)研究

        2022-10-13 09:53:38張厚明
        山東煤炭科技 2022年9期
        關(guān)鍵詞:圍巖

        張厚明

        (太原華潤煤業(yè)有限公司,山西 古交 030200)

        原相煤礦煤層埋藏深,頂?shù)装鍘r性松軟,礦壓顯現(xiàn)明顯,巷道嚴重變形。注漿技術(shù)與理論經(jīng)過多年的發(fā)展,廣泛應(yīng)用于礦山,在巷道加固、改善巷道圍巖條件等方面具有很大的優(yōu)勢[1-3]。本文以原相煤礦10208 外切眼為工程背景,結(jié)合對原有支護方式及巷道圍巖影響因素的分析,調(diào)整了10208 外切眼的支護方案,在錨網(wǎng)索聯(lián)合支護的基礎(chǔ)上進行注漿加固,通過工程實踐,技術(shù)經(jīng)濟效益顯著。

        1 工程概況

        10208 綜采工作面位于礦井南翼一采區(qū),主采2#煤層,煤層埋深為660~700 m,工作面范圍內(nèi)煤層賦存穩(wěn)定,煤層傾角0°~12°,平均6°,采高1.7~1.8 m,走向長530 m,傾斜長150 m,采用綜采工藝,全部垮落法管理頂板,采用沿空留巷工藝,一巷多用,無煤柱開采。工作面北部在2#煤層布置了與工作面順槽平行的10208 瓦斯治理巷,采用“兩進一回”通風(fēng)方式,即軌道巷和皮帶巷進風(fēng)、瓦斯治理巷回風(fēng)。10208 外切眼連接瓦斯治理巷和工作面,用于回風(fēng),內(nèi)外切眼之間的保護煤柱30 m。10208 外切眼沿2#煤層底板掘進,頂板為砂質(zhì)泥巖,底板為泥質(zhì)砂巖。兩幫煤體在高地應(yīng)力和采動礦壓的影響下,煤體強度降低,屬于松軟煤層。外切眼設(shè)計長度184 m,設(shè)計斷面4000 mm(寬)×2600 mm(高)。10208 工作面布置圖如圖1,頂?shù)装迩闆r見表1。

        表1 煤層頂?shù)装迩闆r表

        圖1 10208 工作面布置示意圖

        2 巷道圍巖破壞形式及影響因素分析

        2.1 巷道失穩(wěn)的主要形式

        布置在煤層中的巷道一般為矩形巷道,沿頂板掘進,采用錨網(wǎng)索聯(lián)合支護。巷道的破壞形式主要有兩種(圖2):兩幫松軟煤層發(fā)生內(nèi)擠,對頂板支撐力降低,頂板破壞嚴重,導(dǎo)致整個巷道失穩(wěn);頂?shù)装宀环€(wěn)定時,兩幫內(nèi)擠,整個巷道發(fā)生變形失穩(wěn)。

        圖2 巷道失穩(wěn)主要形式

        2.2 巷道圍巖破壞主要影響因素

        通過對10208 外切眼的地質(zhì)條件、開采情況并結(jié)合原有支護巷道失穩(wěn)形式等方面進行分析,造成巷道圍巖破壞的主要因素有以下幾方面:

        (1)巷道圍巖性質(zhì)。巷道布置在2#煤層中,頂?shù)装鍨樯百|(zhì)泥巖,煤層及其頂?shù)装鍘r石強度低,尤其巷道兩幫煤體松軟破碎,將導(dǎo)致頂板難以形成承載結(jié)構(gòu)。頂?shù)装鍨樯百|(zhì)泥巖,其節(jié)理和裂隙發(fā)育,在井下潮濕環(huán)境影響下,易風(fēng)化侵蝕,為巷道圍巖大變形創(chuàng)造了物質(zhì)基礎(chǔ)。

        (2)上覆巖層壓力。隨著礦井開采深度的增加,地應(yīng)力逐漸增大,巷道頂板所承受的上覆巖層壓力轉(zhuǎn)向了兩幫煤體和底板,當(dāng)巷道圍巖應(yīng)力大于巖石強度極限,且支護結(jié)構(gòu)強度不夠,承受不住其載荷時,巷道將發(fā)生變形破壞。

        (3)采動壓力。10208 外切眼與工作面切眼的距離為30 m,為10208 外切眼的保護煤柱,在高地應(yīng)力和采動影響下,原本松軟、破碎,裂隙發(fā)育圍巖體在動壓作用下,巷道發(fā)生失穩(wěn)而被破壞。

        (4)支護方式與圍巖條件適應(yīng)性差。巷道原有的支護方式采用錨網(wǎng)索聯(lián)合支護,由于巷道圍巖松軟破碎,錨桿形成的組合梁整體性差,錨桿難以充分發(fā)揮其作用,造成頂板整體下沉,難以控制巷道的穩(wěn)定。

        3 巷道圍巖控制技術(shù)

        針對巷道圍巖的破壞形式和主要影響因素,提出了“淺孔低壓+深孔高壓”分層次耦合注漿加固與錨網(wǎng)索聯(lián)合支護的控制技術(shù)。通過這種“深-淺”耦合加固作用,使巷道淺部圍巖破碎區(qū)域形成一個整體,淺部巖體的抗破壞能力得到加強;在巷道圍巖深部形成具有一定厚度、完整的注漿加固圈,提高圍巖的整體性能,從而形成深部和淺部圍巖相互支撐、互為承載體的耦合加固巷道圍巖控制技術(shù)[4-5]。

        3.1 錨網(wǎng)索聯(lián)合支護參數(shù)

        10208 外切眼錨桿采用Ф20 mm×2200 mm 螺紋鋼錨桿,頂部每排5 根,間排距800 mm×800 mm;幫部每排3 根,間排距800 mm×800 mm。頂板錨桿每排鋪設(shè)3800 mm 的W 型鋼帶,鋼帶寬300 mm,厚3 mm,網(wǎng)片全部采用8#鍍鋅鐵絲菱形網(wǎng)。錨索均采用Ф17.8 mm×6000 mm 低松弛鋼絞線(錨索長度根據(jù)實際情況可調(diào)整),每排3 根錨索,間排距為1600 mm×800 mm。錨網(wǎng)索聯(lián)合支護方案如圖3。

        圖3 錨網(wǎng)索聯(lián)合支護方案(mm)

        3.2 注漿加固參數(shù)設(shè)計

        3.2.1 注漿孔參數(shù)設(shè)計

        注漿孔在巷道輪廓線上均勻布置,沿前進方向與巷道輪廓線垂直。施工注漿孔Ф42 mm,其中外切眼里段存在巷道變坡及斷面變化情況,視現(xiàn)場情況需要再局部調(diào)整。注漿平面圖如圖4。

        圖4 注漿平面圖(mm)

        每排布置10 個淺孔、10 個深孔,深孔淺孔交替布置,深孔長度4000 mm,淺孔長度2000 mm,孔徑Ф42 mm。布置方式情況說明如下:

        淺孔:排距2000 mm,頂板每排布置淺孔4 個,孔間距1000 mm,靠近兩幫側(cè)鉆孔與巷道水平方向成75°夾角;兩幫每排各布置淺孔3 個,孔間距1000 mm,靠近頂?shù)装鍍蓚€鉆孔與巷道垂直方向成75°夾角。

        深孔:排距2000 mm(與淺孔排距1000 mm),頂板每排布置深孔3 個,孔間距1800 mm,靠近兩幫側(cè)鉆孔角度與巷道水平方向成60°夾角;兩幫每排各布置深孔2 個,孔間距1000 mm,水平布置;底板每排布置深孔3 個,鉆孔間距如圖所示,鉆孔與巷道水平方向成45°夾角,兩側(cè)鉆孔再向幫部偏45°。

        3.2.2 注漿材料配比設(shè)計

        水灰比為0.35:1[水/(水泥+添加劑)],水泥規(guī)格為P.O42.5 普通硅酸鹽水泥,粉狀ZKG 型高性能外加劑為水泥量的10%。

        水 泥(P.O42.5): 添 加 劑: 水(質(zhì) 量 比)=1:0.1:0.385,現(xiàn)場施工可局部調(diào)整。需要根據(jù)攪拌桶的單次加料量和尺寸,換算一下水位高度。

        4 應(yīng)用效果

        10208 外切眼注漿共施工鉆孔1187 個,注漿量110 t,添加劑使用13 t。圍巖變形觀測點采用“十字布點法”,每隔10 m 布置一組測點。圍巖移近量如圖5。

        圖5 注漿后巷道圍巖移近量

        對注漿圍巖情況進行分析,注漿前兩幫變形量在120~280 mm,頂?shù)装遄冃瘟?20~300 mm;注漿后兩幫變形量10~150 mm,頂?shù)装遄冃瘟?0~100 mm。注漿后圍巖控制效果明顯。

        5 結(jié)論

        (1)松軟煤層巷道失穩(wěn)的主要形式為兩幫破壞引起的巷道失穩(wěn)、頂?shù)装宀环€(wěn)定時巷道失穩(wěn)等兩種,失穩(wěn)的主要影響因素為巷道圍巖性質(zhì)、上覆巖層壓力、采動壓力、支護方式等。

        (2)提出了錨網(wǎng)索聯(lián)合支護與“淺孔低壓+深孔高壓”分層次耦合注漿相結(jié)合的圍巖控制技術(shù),確定了合理的支護參數(shù)及注漿參數(shù)。

        (3)現(xiàn)場實測表明,10208 外切眼注漿后兩幫和頂?shù)装逡平看蠓鹊販p少,巷道圍巖控制效果良好。

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