王 亮，高翔宇

（1.山西煤炭運(yùn)銷集團(tuán)陽泉二景和諧煤業(yè)有限公司，山西 陽泉 045000；2.山西煤炭運(yùn)銷集團(tuán)科學(xué)技術(shù)研究有限公司，山西 太原 030000）

1 概述

二景和諧煤礦井田位于陽泉市盂縣縣城西南12 km 處南婁鎮(zhèn)南上社村西一帶，批準(zhǔn)開采6#～15#煤層，開采方式為地下開采，生產(chǎn)規(guī)模為90 萬t/a，礦區(qū)面積3.211 9 km2。

15 號煤層位于太原組下部，上距12#煤層27.60～39.13 m，平均34.82 m。煤層厚度4.12～8.85m，平均6.08 m，煤層結(jié)構(gòu)簡單～復(fù)雜，一般含0～3 層泥巖夾矸。煤層頂板為K2 石灰?guī)r，有時(shí)有0.60 m 泥巖偽頂，底板為泥巖、砂質(zhì)泥巖。15#煤層為穩(wěn)定全區(qū)可采煤層，井田內(nèi)中東部大部分已采。15#煤層埋藏較深，未被氧化和剝蝕。

一采區(qū)主要巷道均布置在15#煤層中，采區(qū)膠帶、軌道、回風(fēng)巷均為矩形斷面，沿15# 煤層頂板掘進(jìn)，錨網(wǎng)支護(hù)，巷道間距為30m；工作面順槽均在采區(qū)大巷東側(cè)沿傾向布置，矩形斷面，錨網(wǎng)支護(hù)，沿15#煤層底板托頂煤掘進(jìn)，綜掘機(jī)掘進(jìn)；一采區(qū)共規(guī)劃有15101、15102、15103、15104、15105 共5 個(gè)工作面。15103 工作面為采區(qū)首采工作面，已于2021 年8 月回采完畢；15101 工作面為現(xiàn)采工作面。

由于15#煤層圍巖穩(wěn)定性，15103 工作面在回采過程中受集中應(yīng)力影響，出現(xiàn)圍巖破碎現(xiàn)象，制約著工作面安全高效回采，對此二景和諧煤礦通過技術(shù)研究對15#煤層圍巖力學(xué)性質(zhì)進(jìn)行分析，并對15103 回風(fēng)順槽破碎圍巖提出了聯(lián)合支護(hù)技術(shù)。

2 圍巖力學(xué)性質(zhì)分析研究

為了準(zhǔn)確掌握15#煤層圍巖結(jié)構(gòu)及力學(xué)性質(zhì)，二景和諧煤礦決定在15103 回風(fēng)順槽中施工鉆孔取樣以及施工鉆孔窺視。

2.1 煤巖樣取芯位置

二景和諧煤礦對15103 運(yùn)輸順槽頂板圍巖結(jié)構(gòu)進(jìn)行了觀測，采用水壓致裂法對測試點(diǎn)的地應(yīng)力進(jìn)行了測試。取樣鉆孔的位置為15#煤15103 回風(fēng)順槽350 m 處。鉆孔從15#煤層開始向頂板方向垂直向上鉆取20 m 的巖芯，向15#煤層底板方向垂直向下鉆取5 m 的巖芯，取300 mm×300 mm×300 mm 的15#煤的塊樣若干。

2.2 圍巖結(jié)構(gòu)窺視

1）考慮到和諧煤礦一采區(qū)已有多個(gè)工作面開采，且有在掘巷道，故本次圍巖結(jié)構(gòu)觀測選擇多點(diǎn)進(jìn)行，力求能夠代表整個(gè)采區(qū)。本次共選擇3 個(gè)觀測點(diǎn)，分別位于15103 回風(fēng)順槽350 m 處、750 m 處、以及1 150 m 處。

2）ZKXG100 礦用鉆孔成像軌跡檢測裝置進(jìn)行鉆孔觀察，主要由儀器硬件和軟件兩部分組成，其中儀器硬件由鉆孔成像儀主機(jī)、探頭、深度計(jì)數(shù)器、推桿及連接線組成；軟件采用武漢天宸偉業(yè)科技有限公司研發(fā)的TSC2013 高清晰智能鉆孔成像儀分析評價(jià)系統(tǒng)[1]。

2.3 圍巖觀測結(jié)果分析

1）15103 回風(fēng)順槽直接頂砂質(zhì)泥巖抗壓強(qiáng)度20.3～22.9 MPa 平均21.2 MPa，抗拉強(qiáng)度0.95～1.04 MPa，平均0.99 MPa，屬軟巖石。基本頂為石灰?guī)r抗壓強(qiáng)度58.8～69.6 MPa，平均63 MPa，抗拉強(qiáng)度2.90～3.13 MPa，平均3.05 MPa，屬較堅(jiān)硬-堅(jiān)硬巖石，巖體穩(wěn)定性較好。

2）通過窺視發(fā)現(xiàn)頂板0～1.28 m 為泥巖，巖層呈黑色，巖層破碎，完整性差；1.28～16 m 為石灰?guī)r，巖層呈灰白色-灰黑色，分解石脈充填；其中6.3、6.5、8.1、8.3 m 處有裂隙發(fā)育，10.59 m 處有環(huán)狀裂隙，8.48～8.73 m、9.2～9.47 m、13～13.1 m 處有縱向裂隙，其余巖層完整性好。

3 圍巖控制技術(shù)應(yīng)用

通過對15103 回風(fēng)順槽圍巖力學(xué)性質(zhì)分析以及圍巖結(jié)構(gòu)觀察發(fā)現(xiàn)，15103 回風(fēng)順槽圍巖穩(wěn)定性差，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，在應(yīng)力作用下產(chǎn)生剪切破壞作用，是導(dǎo)致圍巖破碎重要原因，所以決定對圍巖提出注漿加固以及安裝U29 型鋼棚聯(lián)合支護(hù)技術(shù)。

3.1 注漿加固技術(shù)

1）15103 回風(fēng)順槽注漿區(qū)布置在工作面超前20 m 范圍內(nèi)，注漿區(qū)域集中頂板及煤壁側(cè)煤柱上，每排布置三個(gè)注漿孔（1#、2#、3#），其中頂板布置兩個(gè)（1#、2#），煤壁側(cè)巷幫布置1 個(gè)（3#）。

2）注漿鉆孔布置排距為10 m，鉆孔深度為5 m，直徑為45 mm，1#鉆孔布置巷道頂板中部[2]，2#鉆孔布置在距煤壁0.3 m 處，3#鉆孔布置在煤壁側(cè)巷幫上，距頂板間距為1 m。1#、2#鉆孔布置仰角為25°，2#鉆孔向回采側(cè)布置水平角為20°，3#鉆孔布置仰角為45°，水平角為30°。

3）注漿鉆孔施工完后對鉆孔內(nèi)安裝注漿管路，并采用封孔器對孔口進(jìn)行封堵，注漿管路外端依次連接壓力表、空閥門、混合器，并通過注漿管路與專用注漿泵連接[3]，如圖1 所示。

圖1 注漿施工注漿設(shè)備連接示意圖

4）注漿材料采用水玻璃與水泥砂漿混合漿液，混合比為0.4∶1,為了加快注漿液凝固速度，提高凝固強(qiáng)度[4]，對注漿液中添加速凝劑，注漿壓力為5 MPa。

3.2 架棚施工

通過現(xiàn)場觀察發(fā)現(xiàn)，15103 工作面在回采過程中受超前應(yīng)力應(yīng)力，回風(fēng)順槽兩幫煤柱支撐強(qiáng)度低，特別是在過斷層區(qū)時(shí)兩幫煤柱垮落嚴(yán)重，傳統(tǒng)超前應(yīng)力區(qū)采用的單體柱支護(hù)時(shí)，支護(hù)強(qiáng)度低且支護(hù)數(shù)量大，所以決定對超前應(yīng)力區(qū)采取架棚支護(hù)，如圖2 所示。

圖2 15103 回風(fēng)順槽鋼棚支護(hù)斷面示意圖（單位：mm）

1）15103 回風(fēng)順槽架設(shè)的鋼棚主要由U29 型鋼焊制而成，棚腿長度為3.5 m，頂梁長度為4.2 m，棚腿與頂梁之間采用卡纜進(jìn)行固定，底座采用一塊長度及寬度為0.3 m，厚度為8 mm 鋼板焊制而成，棚腿與底座之間采用螺栓進(jìn)行固定[5]。

2）U29 型鋼棚架設(shè)順序?yàn)椋旱鬃锿取斄骸B接桿，鋼棚架設(shè)間距為1.5 m，待所有鋼棚架設(shè)完成后在相鄰兩架鋼棚棚腿之間采用兩組拉桿進(jìn)行連接，拉桿成邁步式布置。

3）U29 型鋼棚在安裝時(shí)應(yīng)注意以下事項(xiàng)：鋼棚在安裝前需對巷道底板進(jìn)行平整，嚴(yán)禁將鋼棚安裝在松軟、底鼓底板上；同一架鋼棚在安裝時(shí)棚腿必須安裝平直，必要時(shí)采用錨桿將棚腿固定在巷幫上，棚腿與底座采用螺栓固定時(shí)必須擰固牢靠；鋼棚頂梁安裝后必須保證80%頂梁與頂板接觸嚴(yán)實(shí)，若頂梁出現(xiàn)懸空或不接頂時(shí)必須采用背板進(jìn)行填充[6]。

4 結(jié)語

山西煤炭運(yùn)銷集團(tuán)陽泉二景和諧煤業(yè)有限公司針對15103 回采期間順槽圍巖出現(xiàn)破碎現(xiàn)象，對順槽圍巖采樣、實(shí)驗(yàn)分析，去頂15103 順槽圍巖表層為不穩(wěn)定軟巖，通過對圍巖內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行觀察發(fā)現(xiàn)，圍巖結(jié)構(gòu)復(fù)雜，從而導(dǎo)致工作面回采過程中出現(xiàn)圍巖應(yīng)力顯現(xiàn)現(xiàn)象，通過對圍巖采取注漿以及架棚聯(lián)合控制技術(shù)后，彌補(bǔ)了原永久支護(hù)不足，控制了不穩(wěn)定圍巖變形現(xiàn)象，工作面在后期回采過程中順槽圍巖變形現(xiàn)象得到了有效控制，取得了顯著應(yīng)用成效。