泰山隆安矿8102工作面风氧化带掘进施工实践

2018-09-18王强

山西焦煤科技 2018年7期

王强

(山西煤炭运销集团泰山隆安煤业有限公司，山西忻州 036600)

泰山隆安矿8102工作面位于井田东部靠近煤层露头处，该工作面走向长2 337 m，煤层厚度3.2～4.0 m，平均3.5 m. 根据8102工作面掘进过程中揭露：8102回风顺槽东部靠近8#煤层露头区域，煤层裸露于地表，因常年与地表空气接触，岩层及煤层不同程度地遭到了风化和氧化，导致隐伏煤层露头区域及附近煤质变差。另外，由于地表水通过隐伏煤层露头向岩层渗漏，再通过层流与附近岩层及富水裂隙沟通，导致岩层被间接风化侵蚀，顶板岩层酥软。受煤层露头处风氧化的影响，靠近8102回风顺槽附近及东部煤层顶板煤岩层均受到风氧化的影响，导致顶板上部泥岩层风化酥软；同时顶板滴淋水增大，增加掘进施工难度。为保证掘进安全，对风氧化带掘进施工进行了技术分析，提出了支护方案，取得了良好的施工效果。

1 工程概况

1.1 地质概况

从泰山隆安煤业8102工作面钻孔ZK1004附近揭露情况看，煤层埋深约159 m.根据掘进施工过程中采用锚索钻孔现场核实，煤层上部赋存一层极不稳定0.27 m厚的泥岩(夹矸)，0.65 m厚的煤，0.82 m厚的泥岩，0.73 m厚的中砂岩，3.71 m厚的泥岩，且顶板淋水较大，施工过程中顶板随掘随冒，为典型风化软岩。8102工作面顶板柱状图见图1.

图1 8102工作面顶板柱状图

1.2 技术分析方案设计

在原设计方案中，顶板采用锚杆+锚索+网联合支护，该支护方案遇风化软岩后锚固力达不到设计要求甚至完全失效。因此，提出了以下支护方案：

1.2.1冒顶高度小于1.5 m时

工字钢棚支护：在风氧化带软岩处采取锚索+钢筋网片支护后，架设11#工字钢棚进行支护，采用道木进行接顶防止二次漏顶，同时及时采取喷浆封闭。工字钢棚支护示意图见图2.

图2 工字钢棚支护示意图

施工要求及安全措施：

1) 要求现场施工时须进行短掘短支，循环进尺不能超过1 m，施工时须按巷道断面掘单侧一半进行掘进(掘进宽度不得超过2.5 m)并支护。

2) 顶板淋水范围较大现场需采取集中打孔安设导水软管进行放水处理。

3) 施工过程中要加强敲帮问顶，及时处理活矸，严禁超循环或违规作业，巷道必须及时支护、喷浆封闭。掘进支护时必须采取机载前探梁临时支护(鉴于机载前探梁空隙较大顶部须铺设双层钢筋网片)。

4) 巷道掘进支护到位后及时架设工字钢棚进行补强支护，工字钢棚排距0.8 m，工字钢棚必须采用道木背紧刹实。

5) 现场工字钢棚、木点柱、道木必须备足，同时储备相关应急材料及工器具。

6) 在漏顶前、后5 m范围安设顶板离层仪，安排专人每班进行观测并建立台账，如有异常及时汇报。

7) 工字钢棚无法接顶时应采用枕木进行接顶。接顶示意图见图3.

图3 接顶示意图

1.2.2冒顶高度大于1.5 m，前方围岩风化较小

工字钢棚+超前导管支护：在工作面迎头顶板轮廓线打一排间距300 mm、长2 m、d 42 mm的超前孔，打入的方向和角度与巷道周边前掘方向一致，使用DN40钢管插入超前孔内，另一头采用锚索悬吊并架在工字钢梁上，剩余的钢管留在煤臂内，起到护顶的作用，形成超前支护。在掘进过程中，使用铁丝网加钢筋网、锚索+钢棚，锚索每排3根，间距2 m.工字钢棚+超前导管支护示意图见图4.

图4 工字钢棚+超前导管支护示意图

施工要求及安全措施：

1) 锚索及工字钢棚安全支护措施同冒顶高度小于1.5 m时的支护措施。

2) 施工超前导管时需3人配合，2人负责安装，1人负责观察顶板，若顶板有异常情况，应停止施工撤出人员。

3) 施工超前导管需登高作业时，应架设高凳，并系好安全带。

1.2.3冒顶高度大于1.5 m，前方围岩风化严重

若顶板围岩风化严重，前两种施工方法均无法完成施工，可考虑注浆工艺。考虑风氧化带围岩破碎严重，岩石粒径较小，一般采用间歇式注浆工艺[1]. 同时考虑此次注浆主要用于加固掘进围岩，决定采用浅孔注浆，即巷道表层向内200～600 mm注浆[2].一般而言，进行注浆前需对注浆区域的岩石物理性质进行观测，根据其他煤矿施工经验，决定采用钻孔窥探仪[3]对工作面不同区域进行钻孔窥视。局部窥视成果见图5.

图5 钻孔局部窥视成果图

由图5可知，该区域裂隙发育，空隙连通性强，可注性良好，注浆主要以劈裂和渗流为主。综合掘进施工进度，每次注浆长度为工作面前方5 m. 马丽散作为一种高分子注浆材料，能将破碎围岩重新胶结为整体，提高承载能力[4]. 故本次注浆材料选用马丽散。

施工要求及安全措施：

1) 注浆时需7人协作完成，3人搅拌制浆同时负责搅拌桶，递料，下料；2人负责搬运材料；1人负责注浆泵操作，1人负责观察注浆过程。

2) 每日注浆前，应提前将所需材料搬运至注浆设备附近，以便使用。

3) 注浆压力、泵速(流量)根据注浆情况及时调节，一般采用先小后逐步增大的方式。

4) 所有人员不能远离自己岗位，注浆泵操作人员负责看护注浆泵，调整注浆压力和泵速；注浆看护人员要观察注浆泵是否吸浆，下料是否一致，出现问题及时反馈调整。

5) 当遇到漏浆时，暂停注浆泵，采用棉纱或者棉纱蘸取封孔材料封堵方式。

6) 高压注浆胶管和注浆钢管必须采用链条或铁丝固定至巷帮上，以防止脱扣伤人。

7) 注浆期间，身体要避开注浆管口正面。

8) 本班注浆工作结束后，对搅拌桶、注浆泵、注浆管路进行清洗，并对材料、设备、管路进行归置。

9) 交接班时需进行现场技术交底，把设备使用情况、注浆情况、材料性能等交代清楚。

2 应用效果

泰山隆安矿通过对不同围岩条件下巷道支护分别设计，取得了良好的效果：

1) 巷道冒顶高度小于1.5 m时，顶板虽破碎松软，但还具有一定的整体性，采用工字钢棚进行支护并接顶严实，可有效避免顶板下沉，稳固围岩，达到了预期支护效果。

2) 巷道冒顶高度大于1.5 m，围岩未完全软化，具有一定的整体性，通过施工超前导管，可提前形成人工假顶，能有效控制顶板。

3) 当围岩风化严重，施工超前导管虽可暂时形成人工假顶，但综掘机截割后假顶并不稳固，极易连同围岩一起掉落，带来二次事故，故采用注浆加固围岩。实践证明，马丽散具有较好的黏结性，其良好的韧性和黏结强度控制了围岩裂隙发展，使围岩重新形成承载机构，恢复自稳能力。同时其还有封堵巷道顶板水功能，进一步阻止了水对围岩的破坏。