综采工作面小煤柱留巷巷道支护技术研究

2019-11-20石亚男

山西冶金 2019年5期

石亚男

（晋城煤业集团寺河煤矿，山西晋城 048000）

煤炭资源是我国经济发展的重要动力资源，安全、高效的进行煤炭开采能够为人们生产生活创造良好的能源环境，确保经济发展的平稳运行。在煤炭开采过程中，综采工作面小煤柱留巷巷道支护极为关键，其不仅影响着煤炭资源的开采效率，更对工作人员的生命安全具有较大影响。长期以来，受井下工作环境复杂、小煤柱留巷巷道支护要求高等因素的影响，我国煤矿综采工作面小煤柱留巷巷道支护存在较大问题，对煤炭资源的开采施工造成较大阻碍。新时期，加强小煤柱留巷巷道支护技术管控已经成为煤矿现代化管理的关键所在。本文结合实际支护案例，就小煤柱留巷巷道支护技术的应用要点展开分析。

1 巷道加固概况

寺河矿东五盘区东翼巷道支护管理中，东翼辅助运输巷和东翼回风一巷存在较大的安全问题。具体而言，东翼辅助运输巷支护设施受应力作用明显，同时巷帮初次支护强度偏低、煤柱尺寸留设偏小，这使得巷道的安全性受到较大影响；而在东翼回风一巷，巷帮移近使得沿巷道轴线方向发生破坏，同时该巷道存在顶板淋水问题，这对补强锚索施工及综采工作面的应用造成较大影响。基于此，施工人员采用混凝土支柱加固的方式对采工作面小煤柱留巷巷道进行支护施工；有效的提升了煤矿巷道的稳定性和安全性。

2 综采工作面小煤柱留巷巷道支护技术方案选择

综采工作面小煤柱留巷巷道支护施工具有较高的专业性，工程建设中，巷道布置情况、煤层赋存情况、煤层顶底板条件、地质构造、水文地质、围岩结构、地质力学参数和煤尘、瓦斯情况等情况都会对巷道支护质量造成一定影响，故而需要注重施工技术的合理选择。

棚式支架支护、破碎围岩锚杆锚索支护、注浆加固是综采工作面小煤柱留巷巷道支护施工的三种基本形式[1]。从应用过程来看，棚式支架配合金属网护帮护顶，可以防止破碎围岩的瞬时突然塌落冒顶；然而从应用过程来看，棚式支护为被动支护，故而难以对围岩施加控制变形的预应力，并且其自身容易发生变形破坏，影响巷道的稳定性。破碎围岩锚杆、锚索支护如图1 所示。作为新掘巷道围岩支护中的重要方式，破碎围岩锚杆、锚索支护能有效控制围岩裂隙的张开，并使围岩形成次生承载结构，充分发挥围岩承载能力，从而防止高应力、大断面巷道围岩变形破坏现象发生。注浆加固是单前较为常见的一种巷道支护施工方式，其在破碎围岩中注入混凝土浆液，使得开裂破坏的围岩进行胶结[2]。在注浆施工技术控制下，围岩内部形成的裂隙消失，并且整个围岩恢复为具有完整结构的连续体，有效的保证了巷道结构整体的稳定性。

寺河矿东五盘区东翼巷道支护施工中，巷道本身非新掘巷道，故而不采用破碎围岩锚杆、锚索支护方式；同时，相比于棚式支架支护，注浆加固的变形状况较小，能够有效的满足综采工作面小煤柱留巷巷道的安全需要，故而本项目采用注浆加固方式进行加固施工。

3 综采工作面小煤柱留巷巷道支护技术控制要点

3.1 东翼辅助运输巷加固施工

东翼辅助运输巷整体规格为矩形，其巷高、巷宽分别3.8 m 和5 m，掘进断面积为19 m2。加固施工中，工作人员进行了起底后底板灌浆、巷帮加固支护参数、顶板加固参数、帮顶预应力锚索支护的严格控制。

就起底后底板灌浆施工了而言，受底板无支护的影响，原巷道大巷部分地段底鼓剧烈，底鼓量达到1 000～1 500 mm。对此，施工人员进行起底施工，保证通风断面的充分。同时在起底结束后，对地板进行钻孔注浆加固。其中，钻孔孔深应保持在6 000 mm，孔距、排距应分别保持在2 m 和3 m；确保钻孔注浆压力为1～2 MPa。当完成钻孔注浆时，采用封孔胶塞、面纱、水泥及止浆塞进行封孔施工。巷帮加固支护采用向巷道两帮注浆加固的方式进行施工，其中，钻孔按照“三花”的形态进行深浅孔布置，同时，孔深、排距和孔直径分别为3 m、3 m 和42 mm。需注意的是，为确保巷帮注浆孔开工至的规范，应根据现场实际对其进行调整，同时防止串浆状况发生。顶板固结是本项目辅助运输巷加固的重要内容，其同样采用注浆加固的方式进行施工，加固参数与巷帮加固基本相同，需注意的是，顶板加固应尽量施工在空挡区域，且距锚索、瓦斯抽放孔有适当距离。完成巷帮及顶板注浆支护后，应采用锚索就进行辅助支护。顶板锚索辅助支护中，有锚索支护的两排锚杆之间打设4 根锚索，确保其间距为1 400 mm，而存在锚索支护的两排锚杆之间新打设2 根锚索，与已有锚索间距1 200 mm。顶板所有锚索预紧力应控制在250～300 kN。巷帮锚索支护施工中，每排打4 根锚索，锚索间距和排距均为1 000 mm，同时对其锚索托板、网片规格进行控制，确保支护锚索的预紧力为150kN。

3.2 东翼回风一巷加固施工

东翼回风一巷拱顶与拱肩位置喷浆层破裂脱落，同时沿巷道轴线方向发生破坏，且顶板淋水现象较为突出。在加固施工中，施工人员采用混凝土支柱加固的方式进行防护施工。其中，混凝土支柱与煤壁的距离为2 000 mm，支柱的中心排距为2 000 mm（见图2）。

图2 混凝土支柱布置剖面图（mm）

混凝土支柱加固施工中，注浆设备参数会直接影响加固桩柱的稳定性。基于此，施工人员进行了混凝土泵、管道、防爆电机等设备及构件的严格把控。譬如，确保混凝土泵的输送量保持在25 m3/h，同时泵送混凝土最大压力不超过6 MPa。而在防爆电机控制中，其公路保持在37 kW，电压保持在380/660 V。

混凝土配比和混凝土支柱施工流程是影响回风一巷加固施工质量的关键因素。工程建设中，施工人员在《普通混凝土配合比设计规程》JGJ 55—2011 的支持下，进行了混您土配制强度、水灰比、用水量、含砂率、粗细骨料用量严格计算。譬如就混凝土的配制强度而言，其严格按照下式进行计算[3]。

式中：fcu，o为混凝土配制强度，而fcu，k表示混凝土立方体抗压强度标准值，混凝土强度标准差按照5 MPa的标准进行计算，在其控制下，本项目料尺寸不超过0，含砂率保持在45%左右，同时坍落度为80～150mm，水灰比控制在0.6 左右。混凝土支柱实际施工中，提前1 d 在需要悬挂充填袋的位置补打1 m 长短锚杆，然后进行施工设备的入场控制，确保设备管理连接通畅。在悬挂填充袋过程中，应注重马蹄环的合理使用，确保充填袋袋口水平，同时将充填袋底部距底板的距离控制在100 mm 左右。混凝土材料到场后，应通过导链拉拽软管使其管口悬于袋口上方并用铁丝进行固定，然后开泵进行浇注。浇筑过程中需要对填充袋垂直度进行控制；然后进行连续浇筑施工，并进行加固柱的保护，提升巷道安全质量。

寺河矿东五盘区东翼巷道支护施工中，为确保注浆加固施工的规范，工程建设人员进行了注浆加固施工工艺和安全措施的严格把控，有效的提升了工程建设质量。譬如，在前期准备阶段，在探究施工方案可行性的基础上，就材料、机具和矿压观测仪器进行检查。同时，在注浆加固施工中，进行防漏浆技术的规范是运用，如要求停泵时间不能超过3 min，每3 min 左右开一次注浆泵，同时让泵的活塞往返运动2 次，并且采用棉纱对漏浆较大的通道进行塞堵，有效的提升了巷道支护技术应用的规范性。此外，注重施工安全的严格把控，为工程建设质量提供了保证。