“注浆固化再生顶板”在井巷施工中的应用

董宇婕

（山西大同大学煤炭工程学院，山西大同037003）

“注浆固化再生顶板”在井巷施工中的应用

董宇婕

（山西大同大学煤炭工程学院，山西大同037003）

文章针对大同煤矿集团新裕煤矿技术改造、产能提升工程中，井筒穿越采空区施工这一问题，采用再生顶板技术固化破碎顶板的复合支护技术，详细分析注浆固化破碎岩石顶板管理工艺的特点，合理优化顶板管理工艺，采取综合的管理措施，逐步摸索出了井巷工程穿越采空区破碎带进行破碎顶板复合支护管理的有效途径，为井巷工程的快速安全施工奠定了坚实基础。

注浆；再生顶板；井巷施工；施工应用

随着煤炭矿井的整合以及旧井产能提升，整合矿井的巷道经常会碰到穿越周围矿井或原矿井的采空区；与此同时，许多特殊的地质技术环境中也存在破碎围岩的情况。由于采空区周围环境不确定性突出，往往在井巷掘进过程中才能发现不良地质情况，常导致塌方、涌水、破碎岩石滑坡等各种灾害，不仅会影响工程进度，增加工程造价，甚至会导致人员伤亡[1]。因此，对井巷穿越采空区和地质破碎带的情况，必须进行支护方式和支护材料的研究，在复杂的顶板和破碎围岩的施工过程中必须采用复合式支护方式，“先固后破”从而起到安全经济施工的目的。

1 矿井概况

大同煤矿集团朔州朔煤新裕煤矿位于朔州市怀仁县境内，为大同煤田的东南边缘，北距同蒲铁路8 km，矿区公路与大运公路直接相连，交通方便，西邻窑子头村和新建联营矿约1 km，东邻鹅毛口约1 km，北邻鹅毛口村村办煤窑（已关）。北以鹅毛口河为界，西以火成岩墙为界，东面以煤层露头为界，南以南街村办煤矿卧羊台（已关）为界。

1.1 含煤地层

本煤田含煤地层为太原统，在井田东南部出露较佳，中部和西北部多为第四系掩盖，在本区共含煤层11层，其中可采煤层为4#、5#、8#三层，现在4#已部分采完，5#基本接近井田边界，8#煤层尚未开采。4#与5#层间距为33.17 m，5#与8#层间距为35.65 m。

1.2 副斜井改造前工程技术特征

付斜井井筒斜长320 m，坡度10～25°，巷道净宽2.5 m（木棚支护段2.3 m），净断面积4.7 m2，无提升设备与轨道，只用于进风、行人。

1.3 副斜井改造后工程技术特征

付斜井井筒斜长320 m，坡度25°，巷道净宽4 m（围岩不稳定段钢筋砼支护；其余为锚、网、喷支护），净断面积9.5 m2，用于进风、提升人车。

1.4 副斜井穿越采空区技术特征

新掘60 m井筒有17 m穿过老窑采空区。老窑采空区由于采空时间久，直接顶岩层垮落破碎，老顶岩层下沉断裂形成铰接梁，见图1。在穿越采空区时，破碎岩石难于支护，施工过程中安全不能保证，所以施工难点在于穿越采空区段破碎岩层的控制。

图1 井筒地层剖面情况

2 井筒穿越采空区支护方式的研究

由于新掘井筒穿过采空区，预计采空区顶板围岩年久垮落严重，用传统的支护形式(锚索、锚杆、挂网、喷浆、钢架等支护)很难实现安全快速施工。根据已掌握的地质资料，如果按常规的施工方法，井筒施工到破碎带，将破碎的岩石挖掘出去,采取“短掘短支”的方法施工，随着破碎岩石不断挖出，老顶铰接梁两端支点逐渐外延，势必造成老顶岩层垮落，搞不好会将斜井垮塌成“竖井”，所以采用“注浆再生顶板”，“固岩-破岩”的施工方法安全合理[2]。

3 注浆再生顶板加固方案

3.1 注浆地点选择

当施工揭露破碎段时，停止掘进，将砼永久支护直接跟到工作面，同时本段支护需做地板，地板厚度为300 mm,砼标号为C30，并将掘进掌子面的破碎岩石采取喷浆固化，喷砼标号为C20,喷射厚度120 mm。支护工作做好后，就可以做注浆的准备工作，注浆地点选择在掘进头。

3.2 注浆参数的选择

根据测算，井筒穿越冒顶区的斜距为15 m，在冒顶区布置32个注浆孔，孔间排距为0.5 m，深孔5～17 m；注浆孔由DN40厚壁管构成，注浆材料为M20水泥砂浆。注浆孔布置，见图2；注浆孔参数，见表1。

图2 注浆管布置

表1 注浆孔参数一览表

3.3 施工工艺

注浆管用DN40厚壁管在管壁每500 mm打两对φ15 mm孔，管末端做成楔型，注浆管按注浆孔布置图的设计数据用顶管机顶入采空区冒落岩石内，注浆管全部布置顶完，就开始注浆。

注浆顺序由 9#孔到 1#孔，2#、1#孔由边孔到中间。每孔注浆量根据注浆压力确定。施工时必须严格控制注浆压力，达到设计压力即可换孔注浆或停止注浆。注浆按由下而上、由外向内的顺序进行。注浆结束后，对注浆区进行人工清理。注浆完成稳定30 d后，即可继续施工。

4 结论

井巷工程在复杂破碎围岩的施工过程中，除了采用综合顶板管理控制技术外，在断层带或冒顶区域提前进行注浆固化破碎顶板工作，对破碎松散体进行粘结，使之成为整体，提高了围岩的稳定性和抗压承载能力，使掘进工作顺利通过了断层或冒顶区域，既能保证施工安全施工，又能提高经济效果。

[1]赵铁锤.矿山压力与岩层控制技术[M].北京：煤炭工业出版社,2007.

[2]赵和松.顶板再生机理及参数的研究[J].煤炭科学技术,1992(3)：11-14.

〔责任编辑 王东〕

The Application of“Grouting Curing Regenerated Roof”in the Shaft and Roadway Construction

DONG Yu-jie
(School of Coal Engineering,Shanxi Datong University,Datong Shanxi，037003)

As to the adoption of grouting curing broken rock roof compound support technology in shaft through goaf construction in the project of technical reconstruction and productivity improvement in Xinyu coal mine of Shuozhou Coal and Electricity Company,Datong Coal Mine Group,this paper analyzed the characteristics of grouting curing broken rock roof management process in detail,optimized the roof management process reasonably,took comprehensive management measures,gradually explored an effective way to conduct broken roof compound support management in shaft through goaf construction through goaf crushing zone,and laid a solid foundation for the quick and safe construction of the shaft and roadway project.

grouting;regenerated roof;shaft and roadway construction;construction application

TD327

A

1674-0874(2016)03-0068-02

2016-01-20

董宇婕（1987-），女，山西大同人，硕士，助教，研究方向：地质。