李韶鵬

（大同煤礦集團華盛虎峰煤業(yè)有限公司，山西 河津 043300）

1 工程概況

1.1 工作面概況

虎峰煤礦2-104 綜放工作面主采2#煤層，傾角為4°～8°，平均6°，煤層結構簡單，煤層厚度為3.5～5.5 m，平均4.5 m，局部煤層含1～2 層夾矸，厚度0.1～0.2 m，巖性為泥巖。煤層頂?shù)装寰唧w巖性情況見表1。

表1 煤層頂?shù)装褰Y構

2-104 工作面位于一采區(qū)軌道下山巷南西，北東為一采區(qū)?；?、軌道、皮帶下山，南東為2-106回采工作面，北西為2-102 已采工作面，南西為井田邊界及船窩煤業(yè)有限公司。目前正在掘進2-1041巷，主要用于2-104 綜放工作面的進風、煤炭運輸及行人。巷道沿底板掘進，施工長度745.4 m，設計為梯形斷面，上寬3.6 m，下寬4.6 m，掘高2.8 m。2-1041 巷掘進中將揭露遺留的小窯廢棄巷道和巷采區(qū)，位于掘進巷道頂部或中部。煤層頂板因受小煤窯開采，大部分或局部已被破壞，頂煤易垮落，煤質(zhì)松軟，壓力大，易引發(fā)冒頂事故。

1.2 空巷賦存特征

在2-1041 巷掘進工作面端頭布置探查孔，對掘進面前方區(qū)域的空區(qū)頂板垮落高度及沿掘進方向的垮落范圍進行探查，并結合鉆孔窺視儀進行分析。探查結果表明：掘進面前方為小窯開采后遺留的廢棄巷道和巷采區(qū)，且均已垮落，煤巖體破碎程度較高，其垮落高度在8～13 m 之間，影響范圍達到了110 m。

2 過空巷注漿加固技術[1-4]

2.1 注漿加固思路

通過超前預注漿，可以將掘進面前方破碎的煤巖體膠結起來，提高圍巖的完整性和自承載能力，隨著工作面的掘進持續(xù)進行帷幕注漿，保證巷道安全高效通過空巷區(qū)域。由于空巷采空區(qū)的垮塌范圍較廣，進行完全注漿加固將導致成本大幅增加，而巷道斷面相對較小，因此只需注漿加固巷道垂向上3～5 m 范圍內(nèi)的破碎圍巖即可滿足需求。注漿加固示意圖如圖1。

圖1 注漿加固示意圖

為達到破碎圍巖的加固效果，采用高水灰比、早期強度高的注漿材料進行注漿。同時，注漿材料的終凝時間不應過長，以防止?jié){液擴散范圍超出需加固區(qū)域，造成材料的浪費。

2.2 注漿鉆孔布置

根據(jù)空巷賦存形態(tài)及垮落范圍，確定每循環(huán)注漿加固的深度為40 m，掘進30 m 后再進行下一循環(huán)的注漿施工。由于2-1041 巷掘進面前方空巷的影響范圍為110 m，因此需進行3 個“預注漿加固—掘進”的循環(huán)施工。

注漿鉆孔布置方案如圖2。在掘進面迎頭布置2 排注漿鉆孔，每排布置3 個鉆孔，鉆孔間距均為1100 mm，鉆孔排距為1200 mm，上排鉆孔距頂板800 mm，下排鉆孔距底板也為800 mm。具體鉆孔參數(shù)見表2。

圖2 注漿鉆孔布置（mm）

表2 注漿鉆孔參數(shù)

注漿施工時，打完一個鉆孔后立即進行注漿，再進行下一個鉆孔的鉆進及注漿。該作業(yè)方式一方面可以先對破碎圍巖進行預加固，有利于其他鉆孔的鉆進，另一方面可防止相鄰鉆孔裂隙的貫通而影響注漿效果。

2.3 鉆孔施工

由于空巷垮落區(qū)的圍巖松散破碎，采用常規(guī)鉆進方式極易出現(xiàn)卡鉆、退鉆機孔壁坍塌等現(xiàn)象，為保證注漿施工順利實施，決定采用分段成孔的工藝進行鉆孔施工。具體流程如下：

1）首先采用直徑為120 mm 的鉆頭鉆進，深度為300 mm，然后退鉆，并下入2 節(jié)1.5 m 長的套筒，并將耐壓強度為15 MPa 的高壓法蘭焊接在套筒外端。套筒示意圖如圖3。

圖3 套筒示意圖

2）連接法蘭盤，進行一次注漿，對孔口破碎圍巖進行加固，提高淺部圍巖完整性。

3）一次注漿后進行封孔0.5 h，隨后打開法蘭盤，采用直徑為75 mm 的鉆頭鉆進至設計深度。

4）鉆孔結束后，在孔內(nèi)插入注漿管，進行破碎圍巖注漿加固。

2.4 注漿材料

采用新型無機注漿材料進行注漿加固，該材料由兩種成分組成，其離析率及泌水率低，漿液水灰比可以調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)范圍為0.8:1～1.5:1，漿液初凝時間也可以調(diào)節(jié)，范圍為10～24 min。其具體性能參數(shù)見表3。

表3 注漿材料性能參數(shù)

根據(jù)表3 的數(shù)據(jù)，漿液水灰比為0.8:1 時的初凝時間為10 min，終凝強度達到了18.3 MPa，不會大范圍擴散，且強度較高，但成本也較高；漿液水灰比為1.5:1 時的初凝時間為20 min，終凝強度達到了11.5 MPa，其成本雖然較低，但終凝強度不足，且初凝時間較長，不適用于小范圍注漿。因此，選擇漿液水灰比為1.0:1，其初凝時間為12 min，終凝強度可達15.8 MPa，其強度、凝結時間均能滿足注漿加固要求，且成本適中。

2.5 支護方案

根據(jù)圍巖性質(zhì)、巷道斷面，確定巷道過空巷區(qū)域的支護形式為12#礦用工字鋼全斷面鋪六邊金屬網(wǎng)正梯形支護。棚距0.55 m（在壓力較大地段，根據(jù)實際情況棚距縮小至0.3 m），梁長3.3 m，棚腿長2.85 m。為防止頂板碎石垮落，保證架棚受力均勻，在工字鋼上方用木板背實空隙。

為提高巷道過空巷的掘進效率，在掘進前采用穿插鋼釬的方式構造人工假頂：鋼釬規(guī)格為Ф60 mm×1300 mm，在緊靠工作面迎頭第一架棚梁上方插5 根鋼釬，棚梁兩端距兩端的鋼釬間距為240 mm，鋼釬之間的間距為650 mm，施工角度為20°。鋼釬深入長度不小于750 mm，外露長度不得大于539 mm，且外露一端采用14#聯(lián)網(wǎng)絲與頂部金屬網(wǎng)連接。

3 工程實踐效果分析

為評價過空巷圍巖控制方案的效果，在巷道內(nèi)布置測點，對過空巷期間巷道圍巖的位移情況進行了實時監(jiān)測，監(jiān)測結果如圖4。

圖4 巷道圍巖位移監(jiān)測結果

由圖4 可知，巷道掘進過空巷初期圍巖位移量迅速增大，在15 d 后逐漸趨于穩(wěn)定，穩(wěn)定后巷道頂?shù)装遄畲笠七M量為158 mm，兩幫最大移進量為90 mm，均在允許變形范圍內(nèi)。另外現(xiàn)場觀測結果表明，巷道頂板完整性較好，頂板冒落情況也得到了明顯改善，表明該方案的圍巖控制效果較好。

4 結論

1）通過超前探查孔對2-1041 巷掘進面前方的空巷賦存特征進行了分析，得出前方空巷區(qū)煤巖體破碎程度較高，垮落高度在8～13 m 之間，影響范圍達110 m，為注漿加固方案的設計提供了依據(jù)。

2）根據(jù)空巷賦存特征及現(xiàn)場實際條件，對注漿加固的鉆孔布置、鉆孔施工、注漿材料等參數(shù)進行了設計，同時設計了巷道過空巷時的圍巖支護方案。

3）現(xiàn)場監(jiān)測結果表明：巷道掘進過空巷期間頂?shù)装遄畲笠七M量158 mm，兩幫最大移進量90 mm，巷道穩(wěn)定性較好，保證了礦井的安全高效生產(chǎn)。